20.3.6. Ранние стадии эмбрионального развития

Наружные клетки бластоцисты, из которых состоит трофобласт, растут и развиваются, образуя наружную оболочку, называемую хорионом; хорион играет важную роль в питании развивающегося зародыша и удалении ненужных продуктов обмена. Во внутренней клеточной массе появляются две полости; клетки, выстилающие эти полости, дают начало двум оболочкам - амниону и желточному мешку. Амнион представляет собой тонкую оболочку, которая покрывает зародыша и несет защитные функции; его клетки выделяют амниотическую жидкость, заполняющую амниотическую полость, расположенную между амнионом и зародышем. По мере роста зародыша амнион расширяется, так что он всегда бывает прижат к стенке матки. Амниотическая жидкость поддерживает зародыша и защищает его от механического повреждения. У человеческого эмбриона желточный мешок не играет существенной роли, однако у рептилий и птиц он поглощает запасенные в желтке питательные вещества и переносит их в среднюю кишку развивающегося зародыша.

Клетки, составляющие внутреннюю клеточную массу, и желточный мешок образуют структуру, называемую зародышевым диском, из которой развивается эмбрион. Клетки этого диска на ранней стадии, когда его диаметр не достигает 2 мм, дифференцируются на два слоя - эктодерму (наружный слой) и энтодерму (внутренний). На более поздней стадии образуется мезодерма, и эти три зародышевых листка дают начало всем тканям развивающегося эмбриона, как это описано в разд. 21.8.

На ранних стадиях развития обмен веществами между зародышем и материнским организмом происходит через ворсинки трофобласта, однако довольно скоро ворсинки уже не могут справляться с этими функциями и из задней кишки зародыша развивается четвертая оболочка - аллантоис. Хорион, амнион, желточный мешок и аллантоис называют зародышевыми, или позднее плодными, оболочками (рис. 20.45). Аллантоис растет в наружном направлении, пока не приходит в соприкосновение с хорионом, образуя богатую сосудами структуру - хориоаллантоис, который участвует в формировании плаценты - органа, более эффективно осуществляющего обмен между зародышем и материнским организмом.

Рис. 20.45. Упрощенная схема взаимоотношений между человеческим эмбрионом и зародышевыми оболочками примерно через 5 недель после овуляции. В области хориона и аллантоиса в дальнейшем образуется плацента

Плацента - временный орган, имеющийся только у плацентарных млекопитающих; у животных это единственный орган, состоящий из клеток, происходящих от двух разных организмов - матери и плода. В плаценте кровеносные сосуды материнского организма и плода вступают в тесный контакт между собой, что облегчает перенос питательных веществ, кислорода и отходов метаболизма. Плацента представляет собой обособленное дисковидное образование, расположенное в одном из участков стенки матки; по мере своего развития она принимает на себя функции ворсинок трофобласта и по прошествии 12 недель становится главной структурой, обеспечивающей обмен веществами между матерью и плодом.

Часть плаценты, происходящая от плода, состоит из соединительнотканных клеток хориона, которые инвазируют ворсинки трофобласта и образуют более крупные выросты - ворсинки хориона. Внутренние участки этих ворсинок заполняются сложными сетями капилляров, отходящих от двух кровеносных сосудов плода - пупочной артерии и пупочной вены. Эти сосуды образуются в аллантоисе и идут от плода к стенке матки, находясь в пупочном канатике, или пуповине,- плотном тяже длиной около 40 см, покрытом клетками, происходящими из амниона и хориона (рис. 20.46).

Рис. 20.46. Упрощенная схема взаимоотношений между пупочными кровеносными сосудами, капиллярами ворсинок хориона и наполненными кровью лакунами в плаценте человека. Плацента служит связующим звеном между кровеносными системами плода и материнского организма

Материнская часть плаценты состоит из выростов поверхностных слоев эндометрия - децидуальной оболочки. Между ними и ворсинками хориона расположены лакуны, снабжаемые артериальной кровью по артериолам матки и отдающие венозную кровь по венулам в маточную вену. Направление тока крови через лакуны определяется разницей давления в артериальных и венозных сосудах.

Мембраны клеток в стенках ворсинок хориона, омываемых материнской кровью, образуют микроворсинки, что увеличивает их поверхность, через которую происходит обмен веществами путем диффузии и иными способами. В этих мембранах имеются молекулы-переносчики, служащие для поглощения веществ ворсинками путем активного транспорта; клетки содержат множество митохондрий. То, что в клетках ворсинок много мелких пузырьков, позволяет предполагать, что поглощение веществ из материнского организма происходит путем пиноцитоза (см. разд. 7.2.2). Вероятно, необходимы различные механизмы, так как расстояние, отделяющее кровь плода от крови матери, довольно велико (в десять раз больше, чем, например, расстояние, которое приходится преодолевать при газообмене в легких). Через "плацентарный барьер" от матери плоду передаются вода, глюкоза, аминокислоты, простые белки, липиды, неорганические соли, витамины, гормоны, антитела и кислород, а в обратном направлении - вода, мочевина и другие азотсодержащие отходы, гормоны и СО₂. Плоду могут передаваться от матери потенциально вредоносные факторы, такие как бактерии, вирусы, токсины и лекарственные препараты, однако их воздействие нейтрализуется передачей в том же направлении некоторых антител, глобулинов, антибиотиков и антитоксинов; благодаря этому рожденный младенец обладает пассивным иммунитетом к некоторым болезням (см. разд. 14.14.5).

Плацентарный барьер не только защищает плод от последствий многих вредных воздействий, которым может подвергнуться мать, но и экранирует его кровеносную систему от высокого кровяного давления в сосудах матери. Он не может, однако, служить иммунологическим барьером, а плод, поскольку он несет отцовские гены, будет вырабатывать антигены, чужеродные для организма матери, который будет вырабатывать против них антитела. Чем обусловлена удивительная способность плода (в иммунологическом отношении, посуществу, гомотрансплантата) на протяжении 40 недель сопротивляться отторжению, неизвестно; предполагается, однако, что она связана с выработкой иммуносупрессивных веществ, циркулирующих в плазме матери.

Для жизни и развития плода необходимо, чтобы он непрерывно получал от материнского организма кислород; это обеспечивается различным сродством к кислороду гемоглобинов плода и матери (см. разд. 14.13.1).

Плацента представляет собой эндокринный орган, секретирующий главным образом хорионический гонадотропин, эстрогены, прогестерон и плацентарный лактоген (соматомаммотропный гормон). Последний стимулирует развитие молочных желез при подготовке к лактации. Все эти гормоны образуются в соединительной ткани хориона.?

Генетический пол зародыша определяется половой хромосомой, содержащейся в отцовском сперматозоиде: если это Х-хромосома, то родится девочка, если Y-мальчик. Однако создается впечатление, что человеческий организм исходно имеет тенденцию к развитию в сторону женского пола, в основном из-за присутствия в клетках обоих полов Х-хромосом. На ранних стадиях онтогенеза у зародыша развивается пара недифференцированных зачатков гонад - половых складок - и образуются зачатки элементов как женской, так и мужской репродуктивной системы. В результате все эмбрионы вплоть до шестой недели развития являются потенциально обоеполыми.

В недавних исследованиях был выявлен возможный механизм, с помощью которого половые хромосомы определяют, какая из двух систем будет активирована и достигнет полного развития у данного индивидуума.

Х-хромосома несет ген Tfm (ген тестикулярной феминизации), нормальный аллель которого детерминирует синтез в клетках развивающейся репродуктивной системы белкового рецептора для андрогена. Поскольку зародыш как мужского, так и женского пола несет по крайней мере по одной Х-хромосоме, это вещество имеется у обоих полов.

Y-хромосома несет особый ген, детерминирующий синтез определенного белка - H-Y-антигена, который стимулирует дифференцировку клеток половых складок в семенные канальцы и интерстициальные клетки. Тестостерон, выделяемый в кровеносную систему зародыша, взаимодействует с рецептором андрогенов в клетках-мишенях потенциальной репродуктивной системы. Образующийся в результате комплекс рецептора с тестостероном переходит в клеточное ядро, где он активирует гены, влияющие на развитие тканей. Тестостерон стимулирует развитие только тех тканей, которые дают начало мужской репродуктивной системе, и поэтому из зародыша XY развивается плод мужского пола. Ткани потенциальной женской репродуктивной системы не активируются и не развиваются. У зародыша XX отсутствие тестостерона позволяет репродуктивной системе развиваться в присущем ей направлении - женском.

Таким образом, можно сделать вывод, что плацентарные влияния направляют развитие в сторону женского пола, если механизм, приводимый в действие Y-хромосомой, не направит его в противоположную сторону. Все это схематически представлено на рис. 20.47.

Рис. 20.47. Общая схема событий, с которыми связана дифференцировка половых складок зародыша и зачатков репродуктивной системы в мужские или женские гонады и репродуктивную систему плода