Розмноження – притаманна всім живим істотам властивість відтворення собі подібних, — нове покоління особин того ж виду, – завд

3 Червня, 2024
0
0
Зміст

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧНІ МЕХАНІЗМИ ОНТОГЕНЕЗУ. ПОРУШЕННЯ  ОНТОГЕНЕЗУ ТА  ЇХ  МІСЦЕ  В  ПАТОЛОГІЇ  ЛЮДИНИ.

 

Онтогенез – це індивідуальний розвиток особини від її зародження до смерті. У різних груп організмів онтогенез має свої особливості, які, зокрема, зале­жать від способу розмноження. В одноклітинних організмів онтогенез збігається з клітинним циклом.

Тривалість онтогенезу може бути різною. На­приклад, у секвої понад 3000 років, деякі види чере­пах живуть до 150 років, білуга (представник осет­рових) – до 100 років. З безхребетних тварин знач­на тривалість життя спостерігається у деяких мо­люсків, членистоногих (наприклад, у річкового рака -до 20 років).

При вегетативному розмноженні онтогенез зво­диться до диференціації клітин і органів багатоклі­тинного зачатка (певного фрагмента, бруньки тощо) та росту. При статевому розмноженні вихідною ста­дією онтогенезу є зигота (при партеногенезі – не-запліднена яйцеклітина).

Ембріональний (зародковий) період – це час, коли новий організм (ембріон) розвивається всередині материнського організму або всередині яйця, насіни­ни тощо. Він завершується народженням (вилуплен­ням, проростанням).

Постембріональний (післязародковий) період триває від моменту народження (виходу із зародко­вих оболонок, покривів насінини) і триває до моменту набуття організмом здатності до розмноження.

У організмів деяких видів після розмноження настає смерть (лососеві риби – кета, горбуша тощо). В інших організмів (більшість хребетних тварин, деякі комахи, павукоподібні, молюски, багаторічні рослини тощо) здатність до розмноження зберігаєть­ся певний час – період статевої зрілості. Після її втрати смерть у таких організмів настає не відразу, а через деякий час (від кількох днів у комах до кількох років і десятків років у великих ссавців, де­рев тощо). Цей час називається періодом старіння, коли знижується рівень обміну речовин, відбувають­ся незворотні зміни в організмі, які, врешті-решт, призводять до смерті.

Існує два типи онтогенезу: прямий і непрямий. Непрямий розвиток може бути личинковим. Прямий розвиток існує у двох формах: неличинковій та внут-рішньоутробний. Личинкова форма характеризуєть­ся наявністю однієї або кількох личинкових стадій. Личинки активно живляться. Цей тип розвитку су­проводжується метаморфозом. Неличинкова форма розвитку властива рибам, плазунам, птахам. Яйця цих тварин багаті на жовток. Для дихання, виділення та живлення зародка, що розвивається, існують тим­часові органи. Внутрішньоутробний розвиток харак­терний для ссавців і людини. Всі функції зародка здійснюються за рахунок організму матері за допо­могою спеціального органа – плаценти.

Виділяють такі етапи ембріонального розвитку: а) запліднення – утворення зиготи; б) дроблення – утворення бластули; в) гаструляція – утворення. зародкових листків; г) гісто- та органогенез – утво­рення тканин і органів зародка.

    При личинковій формі онтогенезу ембріональний період починається з утворення зиготи і закінчується виходом із яйцевих оболонок. При неличинковій формі онтогенезу ембріональний період починаєть­ся з утворення зиготи і закінчується виходом із зарод­кових оболонок. При внутрішньоутробній формі- ем­бріональний період починається з утворення зиготи і продовжується до народження.

Зауважимо, що періодизація – це умовний поділ єдиного процесу для зручності його вивчення, а на­справді індивідуальний розвиток – це неперервний процес і одна його стадія непомітно і плавно пере­ходить у наступну.

У результаті запліднення утворюєть­ся зигота – початкова стадія розвитку нового орга­нізму. Стадія зиготи триває від кількох хвилин до кількох годин. У деяких видів тварин вже в зиготі здійснюється інтенсивний синтез білка, матрицею якого на початкових стадіях є власна ІРНК яйцеклі тини. У цей же час з’являється яскраво виражена двобічна симетрія. У жаби, наприклад, точка, в якій спермій проник в яйцеклітину, якраз і визначає пло­щину симетрії зародка і положення майбутньої дор­сальної губи бластопора. Встановлено, що в зиготі ссавців і людини до початку наступної стадії ембріо­генезу також відбувається диференціювання і пе реміщення ділянок цитоплазми, що призводить до двобічної симетрії.

Наступна стадія ембріогенезу – дроблення. Дробленням називають ряд мітотичних поділів зи­готи, між якими немає типової інтерфази: пресинте-тичний період Gjвідсутній повністю, а синте­тичний S-період дуже короткий і починається ще в телофазі попереднього мітозу.

    В результаті цього дочірні клітини зиготи (бластомери) не набувають розмірів материнських клітин і з кожним поділом стають все меншими і меншими і, кінець кінцем, результат дроблення – бластула (морула) майже не відрізняється за розміром від зиготи.

Дроблення залежно від типу яйцеклітини може бути повним і неповним; рівномірним і нерівномір­ним; синхронним і асинхронним, але в будь-якому випадку обов’язково закінчується утворенням бла­стули (від лат. blastosзачаток, проросток).

У залежності від типу дроблення розрізняють целобластули, амфібластули, дискобластули, стер-робластули. Будова їх завжди однакова. Вони ма­ють стінку (бластодерму), побудовану із бласто­мерів, і порожнину всередині, яка називається бла-стоцелем, або первинною порожниною. Стадію бла стули проходять зародки всіх типів тварин. Дроб­лення зиготи людини повне, нерівномірне й асин­хронне закінчується утворенням бластоцисти (стерробластули).

По закінченню періоду дроблення у багатоклі­тинних тварин настає період утворення зародкових листків – гаструляція. Гаструляція – процес роз­витку з одношарового зародка багатоклітинних тва­рин (бластули) двошарового (гаструли), а в більшості з них – згодом і тришарового.

Гаструляція починається з утворення в блас­тулі круглого отвору – бластопора . При цьому бластоцель зникає, а утворюється нова порожнина – порожнина первинної кишки. Клітини зародка переміщуються, розташовуються у ви­гляді трьох окремих зародкових листків, або шарів, утворюючи гаструлу. 

Утворення зародкових листків відбувається у два етапи. Спочатку утворюється рання гаструла, яка має два зародкових листки (ектодерму й ентодер­му), а потім пізня гаструла, коли формується третій зародковий листок – мезодерма. На першому етапі можливі чотири способи: інвагінація (впинання), як у ланцетника; імміграція (виселення клітин), як у кишковопорожнинних ,епіболія (обростання), як у жаби, і деламінація (роз­щеплення), як у деяких кишковопорожнинних.

Другий етап гаструляції передбачає два ва­ріанти: телобластичний і ентероцельний.

Обґрунтована і доведена тотожність зародкових листків у всіх систематичних групах вищих тварин. У людини перший етап гаструляції проходить пере­важно за типом деламінації, а другий етап – шля­хом виселення клітин. На стадії гаструляції зародок імплантується (проникає) у слизову оболонку мат­ки.

Подальші клітинні поділи, переміщення, ріст та диференціювання зародкових листків призводять до гістогенезу – утворення тканин. При цьому спос­терігаються закономірності, притаманні конкретним листкам і тканинам.

Процес формування органів називається орга­ногенезом. Гістогенез і органогенез ідуть паралель­но і завершуються в основному наприкінці ембріо­нального періоду.

Проблема детермінації та взаємодії бластомерів, ембріональна індукція

Основоположником експериментальної ембріології став наприкінці XIX століття німецький зоолог В. Ру. Він спробував з’ясувати, на якій стадії розвитку за­родка визначається доля його частин. Чи може, на­приклад, кожен із двох перших бластомерів розвину­тись у цілий організм? З цією метою В. Ру один із двох бластомерів жаби руйнував розпеченою голкою.

Із незруйнованого (цілого) бластомера розвинув­ся неповноцінний зародок. Це дало привід В. Ру дійти невірного висновку про те, що вже на ранніх стаді­ях ембріонального розвитку доля окремих бласто­мерів повністю визначена. Тут потрібно відзначити, що в ході експерименту вчений залишав ушкодже­ний бластомер поряд з цілим (неушкодженим). Пізніше інші науковці-експериментатори провели ек­сперимент інакше. Вони забирали ушкоджений бла­стомер від цілого і тоді спостерігали, як з остан­нього розвивався повноцінний зародок. Учень В. Ру-Г. Дріш показав: якщо яйця морського їжака по­містити в морську воду, позбавлену кальцію, то у зиготі, що почала ділитися, бластомери розпадаються і потім кожен із них, за сприятливих умов, здатен сформувати повноцінний зародок. Таке яви­ще, коли ізольований бластомер може розвинутися в повноцінний організм, отримало назву mominотпентність (рівноспадковість), а такі бластоме­ри назвали тотіпотентними . У подаль­шому, знову ж таки експериментальним шляхом, було встановлено, що у тритона зберігається така тотіпотентність до стадії 16 бластомерів, у кроля -до стадії 4 бластомерів. Про існування подібного явища у бластомерів людини вказують випадки на­родження двох, трьох, чотирьох і навіть семи мо-нозиготних близнюків.

Після утворення бластули зародкові клітини втра­чають тотіпотентність. Починається диференціація тобто формування різноманітних структур і частин тіла (а згодом – тканин і органів) із відносно одно­рідного матеріалу зародка. Але з’ясувалося, що, незважаючи на втрату тотіпотентності і диференці­ації, клітини повністю зберігають генетичну інфор­мацію. Це показали в своїх експериментах амери­канський ботанік Стюард на моркві та англійський зоолог Д. Гердон (1964-1966), який пересаджував ядра із клітин епітелію шкіри і кишок пуголовків у яйцеклітини, з яких їх власні ядра видалялися. Ба­гато з таких клітин розвинулись, утворивши пуго­ловків і навіть статевозрілих жаб . 

 Таким чином, можна дійти висновку, що будь-яка соматична клітина, з одного боку, являє собою диференційовану частину організму і виконує вузькоспеціалізовані функції, а з іншого боку, утримує в собі генотип всього організму. Тоді випливає питан­ня: якщо генотип у всіх клітин однаковий, а різні кліти­ни мають неоднакову будову і входять до складу органів, що відрізняються один від одного за мор­фологією і за функціями, то чим зумовлене дифе­ренціювання під час розвитку?

Щоб розібратись у цьому питанні, повернемося знову до експерименту В. Ру з двома бластомера­ми зародка жаби. Ру вбивав один з бластомерів, але залишав його поряд з цілим, неушкодженим, і спостерігав неповноцінний його розвиток. Тобто тотіпотентність не проявлялася. Чому? А тому, що ушкоджений бластомер впливав і перешкоджав нор­мальному розвитку другого цілого бластомера. Так майже 100 років тому була виявлена і доведена взає­модія частин організму в процесі розвитку.

Пізніше це явище взаємного впливу одних час­тин організму, що розвивається, на інші отримало назву ембріональної індукції.

Рання закладка ока являє собою випинання тка­нини проміжного мозку в так званий очний міхур. Він росте у напрямку до шкірної ектодерми, з якої на місці їх зближення утворюється кришталик. В експерименті було показано, що якщо на одному боці зародка видалити закладку очного міхура, то на цьому боці кришталик не формується. І, навпаки, якщо закладку очного міхура пересадити під шкіру в іншому місці голови або тулуба, то тут на межі ектодерми виникає кришталик. Він у свою чергу, вплине на формування очної западини. Таким чи­ном, розвиток одного органа зумовлює формуван­ня наступних.

Подальшими дослідженнями було розкрито нові ланки впливу між частинами зародка. Г. Шпема-ном було доведено, що при нормальному розвитку спинна ектодерма гаструли перетворюється на за­чаток нервової трубки, але якщо її пересадити, на­приклад, на черевну частину зародка, то з неї утво­риться шкіра живота. І, навпаки, якщо шкірну екто­дерму живота пересадити на спинну частину зарод­ка, то з неї утвориться нервова трубка.

Це свідчить про те, що на стадії ранньої гастру­ли доля зачатків ще не повністю визначена і мож­ливе перевизначення подальшого шляху розвитку. Ця стадія ембріонального розвитку отримала на­зву стадії лабільного диференціювання.

Чому ж ектодерма спинної частини зародка дає початок нервовій трубці зі всіма її похідними? Ек­спериментально було встановлено, що якщо на ранній стадії видалити ділянку верхньої “губи” бла­стопора, яка і прилягає до ектодерми на спинному боці зародка, то нервова трубка зовсім не утво­рюється. І, навпаки, якщо верхню “губу” бласто­пора пересадити під шкіру в будь-якій ділянці гас­трули, то з навколишніх клітин формується нерво­ва трубка. І навіть якщо пересадити додаткову верхню “губу” бластопора, то утвориться додат­кова нервова трубка. 

 Так, Г. Шпеман дійшов висновку, що верхня “губа” бластопора впливає на клітини ектодерми, спрямо­вуючи їх розвиток на формування нервової трубки. Згодом були виявлені інші ділянки тіла зародка з ана­логічним впливом на його частини. Ці ділянки були названі організаційними центрами, а їх індукова­ний вплив – організаторами (або індукторами).

Реалізація індукції можлива тільки за умов, що клітини здатні сприймати вплив, тобто є компетен­тними. Компетенція клітин може змінюватися в часі (виникати й зникати). На пізніших стадіях розвитку, коли диференціація уже почалася, пересадка цієї ділянки в іншу частину зародка не змінює його роз­виток, бо він вже повністю визначений. Це явище незалежної, стабільної диференціації. У розвитку органів спостерігається перехід від залежної до не­залежної диференціації.

Подальші дослідження проблеми ембріональ­ної індукції йшли в напрямку визначення природи індукторів.

Ще в 30-ті роки XX ст. американський вчений Ч. Чайлд висунув припущення про градієнт фізіоло­гічної активності організму зародка. Було показано, що інтенсивність окиснювальних та інших метабо­лічних процесів поступово гальмується в напрямку від головного відділу до хвостового. Згідно з цими даними, розвиток органів у тій чи іншій частині за­родка визначається інтенсивністю метаболізму. Дані узгоджуються з положеннями школи Шпемана: дійсно, найбільш інтенсивний обмін речовин у гаст­рули відбувається в ділянці верхньої “губи” бласто­пора, тобто в місці утворення нервової трубки.

X. Тидеман у 1970 році провів дослідження, які показали роль взаємовідносин органів зародка на молекулярному рівні. Він виділив із зародків курчат індуктори білкової природи. Один з них індукує структури нервової системи й органів чуття, інший – м’язову систему. Вчений довів, що білки-індуктори є вже у незаплідненому яйці, але вони знаходяться в неактивному стані через присутність інгібіторів, які стримують їх дію. Під час ембріонального роз­витку змінюється іонний склад цитоплазми і зовніш­нього середовища, яке оточує клітину. Це призво­дить до виходу інгібіторів із клітини і цим інактива­ція з індукторів знімається. В результаті цього індук­тори входять в ядро і активують відповідні гени, що, у свою чергу, сприяє диференціюванню клітин і фор­муванню органів і систем.

Морфогенез-це процес виникнення нових структур і зміна їх форми в процесі онтогенезу. Мор­фогенез на клітинному рівні розпочинається з гаст­руляції. У хордових після гаструляції закладаються осьові органи . В цей період морфо­логічні перебудови охоплюють весь зародок. Потім відбувається закладка і розвиток окремих органів (органогенез) . Це вже місцеві проце­си, всередині кожного з яких відбувається дискре­тизація на окремі зачатки. Так послідовно в часі і в просторі перебігає індивідуальний розвиток, що при­зводить до формування організму із складною бу­довою і значно багатшою інформацією, ніж гене­тична інформація зиготи.

Морфогенез зв’язаний з багатьма процесами, починаючи з прогенезу. Поляризація яйцеклітини, овоплазматична сегрегація після запліднення, зако­номірно орієнтовані поділи дробіння, рух клітинних мас в процесі гаструляції і закладок різних органів, зміна пропорцій тіла – все це процеси, які мають велике значення для морфогенезу.

Таким чином, морфогенез – багаторівневий ди­намічний процес. Сьогодні вже багато відомо про ті перебудови, які відбуваються на внутрішньоклі­тинному і міжклітинному рівнях і які перетворюють хімічну енергію клітин на механічну, тобто про еле­ментарні рушійні сили морфогенезу.

Процес запліднення в людини. Запліднення може настати зразу після завершення яйцеклітиною стадії дозрівання. У цей період вона вкрита шаром фолікулярних клітин, містить гаплоїдний набір – 23 хромосоми.

Під час запліднення здійснюються два важливі процеси: активація яйця, тобто збудження до роз­витку, та синкаріогамія, тобто утворення диплоїд-ного ядра зиготи внаслідок злиття гаплоїдних ядер статевих клітин, які несуть генетичну інформацію двох батьківських організмів.

Зустрічі гамет сприяє те, що яйцеклітини виді­ляють у навколишнє середовище хімічні речовини, які активізують сперматозоони. Можливо, що такі речовини виділяються і клітинами жіночих стате­вих шляхів.     

Проникнення сперматозоона відбувається за­вдяки акросомній реакції, яка виявлена за допомо­гою електронної мікроскопії. Розташована на перед­ньому кінці сперматозоона акросомна ділянка ото­чена мембраною. При контакті з яйцем оболонка акросоми руйнується, із неї викидається акросомна нитка, виділяються ферменти: один розчиняє обо­лонку яйцеклітини, і другий фермент-гіалуронідаза, який розчиняє фолікулярні клітини, що оточують яйцеклітину. Акросомна нитка прони­кає крізь розчинну зону яйцевих оболонок і зливаєть­ся з мембраною яйцеклітини. У цьому місці з ци­топлазми яйцеклітини утворюється сприймаючий горбик. Він захоплює ядро, центріолі та мітохондрії сперматозоона і втягує їх всередину яйця. Плазма­тична мембрана сперматозоона вмонтовується в поверхневу мембрану яйця, утворює мозаїчну зов­нішню мембрану зиготи.

Проникнення сперматозоона в яйцеклітину змінює її обмін речовин, показником чого є ряд морфологіч­них і фізіологічних перетворень. Підвищується про­никність клітинної мембрани, посилюється поглинання з навколишнього середовища фосфору і калію, виді­ляється кальцій, збільшується обмін вуглеводів, активується синтез білка. Змінюються колоїдні властивості цитоплазми. В’язкість збільшується у 6-8 разів. У зовнішньому шарі яйця змінюється еластичність і оптичні властивості. На поверхні відшаро­вується оболонка запліднення; між нею і поверхнею яйця утворюється заповнений рідиною простір. Під ним формується оболонка, яка забезпечує скріплен­ня клітин, які виникають внаслідок дробіння яйця. Після утворення оболонки запліднення, інші сперма-тозоони вже не можуть проникнути до яйцеклітини. Показником зміни обміну речовин є і те, що в деяких видів тварин дозрівання яйця закінчується тільки після проникнення у нього сперматозоона. У людини сперматозоони проникають в яйцеклітини, які перебувають ще на стадії дозрівання. Первин­ний полоцит виділяється за 10 годин, вторинний -тільки за добу після проникнення сперматозоона.

Кульмінаційним моментом у процесі запліднен­ня є злиття ядер . Ядро сперматозоона (чоловічий пронуклеус) у цитоплазмі яйця набря­кає і досягає розмірів ядра яйцеклітини (жіночого пронуклеуса). Одночасно чоловічий пронуклеус по­вертається на 180° і центросомою вперед рухаєть­ся у бік жіночого пронуклеуса; останній також зміщується йому назустріч. Після зустрічі ядра зли­ваються. Внаслідок синкаріогамії відновлюється диплоїдний набір хромосом. Після утворення син-каріона яйце починає дробитися.

Вивчення фізіології запліднення дозволяє зро­зуміти роль великої кількості сперматозоонів, які беруть участь у заплідненні. Встановлено, що коли при штучному осіменінні кролів у сім’яній рідині міститься менше 1000 сперматозоонів, запліднен­ня не відбувається.

Не відбувається запліднення і при введенні дуже великої кількості сперматозоонів (більше 100 млн). Це пояснюється в першому випадку недостатньою кількістю, а у другому – надлишком ферментів, які не­обхідні для проникнення сперматозоонів у яйцеклітину.

Розроблено методики штучного осіменіння яйце­клітини людини поза організмом, і здебільшого це здійснюється за медичними показаннями. Напере­додні овуляції хірургічним шляхом яйцеклітину вий­мають із яєчника. її поміщають у спеціально роз­роблене хімічне середовище зі сперматозоонами, де і відбувається злиття статевих клітин. Зародок на стадії 8-16 бластомерів імплантують у матку жінки де він і розвивається.

В яйцеклітину проникає зазвичай один сперма-тозоон (моноспермія). У комах, риб, птахів і де­яких інших тварин у цитоплазму яйцеклітини їх може потрапити декілька (поліспермія). Роль поліспермії не зовсім зрозуміла, проте встановлено, що ядро лише одного із сперматозоонів (чоловічий пронук­леус) зливається з жіночим пронуклеусом. Отже, у передаванні спадкової інформації бере участь тільки цей сперматозоон. Ядра інших руйнуються.

Таким чином, біологічна суть запліднення поля­гає в наступному:

1)  внаслідок об’єднання гаплоїдних наборів хро­мосом відновлюється диплоїдне число хромосом;

2)  запліднення забезпечує безперервність мате­ріального зв’язку між поколіннями організмів;

3)  у результаті поєднання спадкових особливостей двох організмів у нащадків утворюються нові ознаки, – з’являється матеріал для добору, підви­щується мінливість потомства, зростає комбінативна мінливість;

4)  вибірковість запліднення (запліднення тільки в межах виду) забезпечує збереження виду як цілого.

Порушення запліднення, його наслідки. Заплід­нення – одна з ланок біологічного існування виду. Цьому передує тривала і складна підготовка двох особин, під час якої вони зазнають різноманітної дії навколишнього середовища, що може негативно вплинути на процес запліднення.

Яйцеклітина і сперматозоїд мають обмежену тривалість життя і ще меншу тривалість здатності до запліднення. Так, у ссавців, і в людини зокрема, звільнена з яєчника яйцеклітина зберігає спромож­ність до запліднення впродовж 24 год. Порушення цього часового терміну неминуче призведе до втра­ти здатності до запліднення.

Сперматозоїди чоловіка в статевих шляхах жінки залишаються рухомими понад 4 доби, але заплід­нювальну здатність вони втрачають вже через 1— 2 доби. Із збільшенням тривалості в часі незахищені клітини зазнають негативного впливу різних чин­ників. Останні можуть викликати порушення висхід­ного стану генофонду гамет, що неминуче призве­де до незапрограмованих відхилень розвитку зиго­ти з відповідними наслідками для виду в цілому.

Швидкість руху сперматозоїдів, за звичайних умов, складає 1,5-3 мм/хв. Різне відхилення від такого по­ступального переміщення викликає втрату здатності до запліднення. До цього призводить також зміна рН середовища піхви, запальні явища та ін.

В еякуляті чоловіка в середньому міститься 350 млн сперматозоїдів, здатних до запліднення. Якщо кіль­кість сперматозоїдів менша ніж 150 млн (або мен­ше 60 млн в 1 мл), то ймовірність запліднення різко знижується. Отже, надмірна концентрація сперма­тозоїдів в еякуляті має виняткове значення в ме­ханізмі запліднення.

Порушення запліднення виникає при патологіч­них змінах морфології сперматозоїдів. На біологічну повноцінність гамет істотно впли­ває термін перебування їх у статевих шляхах жінки. Так, перезрівання сперматозоїдів і яйцеклітин у жіночому статевому тракті за різних причин обу­мовлює зростання частоти хромосомних аберацій в абортованих плодах.

Здатність до репродукції можлива після стате­вого дозрівання. Ознакою настання статевого до­зрівання в людини є перші полюції (довільне виділен­ня сперматозоонів) у хлопчиків і перші менструації у дівчаток. Статева зрілість настає у осіб жіночої статі віком 16-18, чоловічої- 18-20 років. Здатність до репродукції зберігається у жінок до 40^45 років (у деяких випадках – довше), у чоловіків – до літньо­го віку, навіть упродовж усього життя.

Продукція гамет у представників обох статей різна: зрілий сім’яник безперервно продукує багато сперматозоонів; статевозрілий яєчник періодично (в середньому один раз кожні 28 днів) виділяє зрілу яйцеклітину, яка дозріває із тих овоцитів, що закла­даються на ранніх етапах онтогенезу. Значення того, що овоцити закладаються ще до народження, по­лягає у тому, що потомство, яке з’являється під кінець репродуктивного періоду, розвивається з ово­цитів, у яких за тривалий період життя жінки могли виникнути генетичні дефекти. Наслідком цього є те, що в жінок 35-40 років відносно частіше народжу­ються діти з природженими вадами. Необхідно за­значити, що загрозою є не вік матері, а мутагенні фактори, які впливають на розвиток плоду.

У людини, як і в інших організмів, для яких ха­рактерне внутрішнє запліднення, чоловічі статеві клітини при статевому акті (коїтусі) вводяться у статеві органи жінки. Під час викидання сім’яної рідини (еякуляція) у чоловіка виділяється близько 350 млн сперматозоонів, але тільки один із них за­пліднює яйцеклітину. Зустріч жіночих і чоловічих гамет відбувається у верхніх відділах труб матки. Потреба у величезній кількості спер­матозоонів пояснюється випадковим, неспрямова-ним їх рухом, малою тривалістю життя, масовою загибеллю при пересуванні по жіночих статевих шля­хах. Внаслідок цього верхніх відділів труб матки досягає лише близько 100 сперматозоонів. Пересу­вання їх здійснюється завдяки власній рухливості, а також внаслідок скорочення м’язів стінок статевого тракту і спрямованого руху війок слизової обо­лонки труб матки. Сперматозоони у жіночих ста­тевих шляхах зберігають здатність до запліднення впродовж 1-2 діб, яйцеклітини – впродовж доби після овуляції.

Запліднення здійснюється зазвичай впродовж перших 12 год після овуляції. У процесі проникання сперматозоона крізь бар’єр фолікулярних клітин, які оточують яйцеклітину, велике значення має акро-сомальна реакція. Відразу після проникнення сперма­тозоона в яйцеклітину утворюється оболонка заплі­днення, яка перешкоджає проникненню інших спер-матозоонів. Зигота опускається по трубах матки і на восьму-десяту добу зародок імплантується у стінку матки. Якщо запліднення не відбу­лося, яйцеклітина видаляється з організму.

Дроблення – це ряд послідовних мітотичних поділів зиготи або партеногенетичної яйцеклітини, за якого утворені клітини (бластомери) в інтерфазі не ростуть, і тому їх розміри зменшуються після кожного поділу; на характер дробіння впливають кількість та характер розташування поживних речовин (жовтка) в яйцеклітині. Процес дробіння завершується утворенням бластули, яка є наступною стадією ембріогенезу; вона має вигляд порожнистого утвору різної форми, стінки якого скла­даються з одного шару бластомерів.

Після утворення бластули починається процес гаструляціїутворення гаструли – процес формування двошарового зародка. Утворення гаструли можливе чотирма основними способами (інвагінація, деламінація, епіболія, іміграція), з яких найпоширенішими є вгинання – інвагінація. Під час інвагінації частина бластодерми вгинається всередину бластули (наприклад, у ланцетника), при цьому утворюється двошаровий зародок – гаструла, шари клітин якої (зовнішній – ектодерма та внутрішній – ентодерма) дістали назву зародкових листків, що вперше встановив естонський учений Карл Бер. У більшості багатоклітинних тварин після гаструляції настає етап формування третього (середнього) зародкового листка – мезодерми, – розташованого між зовнішнім та внутрішнім.

Диференціювання клітин, зародкових листків, тканин

 Диференціювання – це процес, внаслідок якого клітина стає більш спеціалізованою, тобто набуває морфологічних і функціональних особливостей. Це зміни, які відбуваються у клітині впродовж одного, нерідко термінального, клітинного циклу. Прикладом може бути диференціювання клітин епідермісу шкіри людини, при якому у клітинах, що переміщуються з базального шару до вищих шарів, відбувається ні-копичення кератогіаліну, який перетворюєтьс і у клітинах блискучого шару в елеїдин, а потім у рого­вому шарі – в кератин. При цьому змінюється фор­ма клітин, будова клітинних мембран і набір орга-нел. Насправді диференціюється не одна клітина, а група подібних клітин. Прикладів можна навести багато, оскільки в організмі людини налічується близько 100 видів різних типів клітин. Фібробласти синтезують колаген, міобласти – міозин, клітини епі­телію травного тракту – пепсин і трипсин.

 У більш широкому розумінні під диференціюван­ням розуміють поступове наростання відмінностей і спеціалізації між клітинами, які походять від однорідних клітин. Перші хімічні та морфогенетичні відмінності між клітинами відбуваються в період гаструляції.

Зародкові листки та їхні похідні є прикладом ран­нього диференціювання, яке призводить до обме­ження потенцій клітин зародка.

Можна виділити цілий ряд ознак, які характеризу­ють ступінь диференціації клітин. Так, для недиферен-ційованого стану характерні відносно велике ядро і ви­соке ядерно-цитоплазматичне співвідношення, диспер­гований хроматин і добре виражене ядерце, численні рибосоми та інтенсивний синтез РНК, висока міто­тична активність і неспецифічний метаболізм.

Всі ці ознаки змінюються в процесі диференцію­вання, характеризуючи клітинну спеціалізацію. Про­цес, внаслідок якого окремі тканини в ході дифе­ренціювання набувають характерного для них ви­гляду, називають гістогенезом.

Диференціювання клітин під час онтогенезу є ре­зультатом послідовних реципрокних (взаємних) впливів цитоплазми і змінених продуктів активності ядерних генів. Таким чином, диференціальна експресія генів є основним механізмом цитодиференціювання.

У ряді випадків остаточне диференціювання по­в’язане з “добудовою” молекул ферментів або гор­монів. Це вже посттрансляційні події. Наприклад, фермент тирозиназа з’являється у зародків амфібій ще в ранньому ембріогенезі, але переходить в ак­тивну форму лише після їх вилуплення.

Іншим прикладом є диференціювання клітин, при якому вони набувають здатності реагувати на хімічні речовини не відразу після синтезу відповідного ре­цептора, а лише в певний момент. Показано, що м’я­зові волокна у своїй мембрані мають рецептори до медіаторної речовини ацетилхоліну. Цікаво, що ці хо-лінрецептори виявляли всередині цитоплазми клітин-міобластів до утворення ними м’язових волокон, а чутливість до ацетилхоліну виникала лише з момен­ту вбудовування рецепторів у плазматичну мембра­ну під час утворення м’язових трубочок і м’язових волокон. Цей приклад показує, що експресія генів і тканинне диференціювання можуть регулюватися після трансляції у процесі міжклітинних взаємодій.

Таким чином, диференціювання клітин не зво­диться лише до синтезу специфічних білків, тому стосовно багатоклітинного організму ця проблема пов’язана з просторово-часовими аспектами і більш високими рівнями її регуляції, ніж біосинтез білка на клітинному рівні.

Процеси утворення тканин та органів розпочинаються з формування нервової пластинки на спинному боці зародка. Згодом боки нервової пластинки підіймаються й утворюють нервові валики, а між ними виникає поздовжній “рівчачок” (майбутня порожнина нервової системи). Валики з’єднуються на спинному боці і нервова пластинка пере­творюється на нервову трубку, яка відокремлюється від іншої частини ектодерми. Ектодерма зростається над нервовою трубкою і згодом дає початок покривному епітелію. Розширений передній кінець нервової трубки поділяється на п’ять первинних мозкових міхурів, які відповідають певним відділам головного мозку.Наприкінці нейруляції зародок набуває плану будови дорослого організму: під нервовою трубкою міститься хорда, нижче – кишечник тощо. З ектодерми, крім нервової тканини, виникають елементи органів чуття, зовнішній шар покривів (епідерміс шкіри) та шкірні залози, передня та задня кишки, зовнішні зябра земноводних тощо.

Ентодерма дає початок епітелію, що вистеляє порожнину середньої кишки, та її похідним – травним залозам (печінка, підшлункова залоза), хорді, плавальному міхуру, внутрішнім зябрам, легеням, секретуючим відділам передньої та середньої часток гіпофіза та щитоподібної залози.

З мезодерми формуються зачатки скелета, мускулатури, кровоносної системи, статевих та видільних органів, сполучнотканинні шари шкіри, плевра, брижі черевної порожнини тіла, перикард тощо.

Тератогенез, тератогенні фактори середовища

Тератогени (від грец. τέρατος – виродок, чудовисько, потвора) – хімічні, фізичні та біологічні чинники (напр.: іонізуюче випромінення, деякі лікарські препарати, отрути, віруси) здатні порушувати процеси ембріогенезу, що призводить до виникнення аномалій розвитку. Механізм виникнення вад розвитку називається тератогенезом.

До речовин, які мають тератогенну дію, відносять алкоголь, нікотин, наркотики, стрептоміцин, тетрациклін, талідомід, антагоністи фолієвої кислоти. Тератогенний ефект можуть викликати збудники інфекційних захворювань (простий герпес, вірусний гепатит, грип, краснуха, вітрянка, токсоплазмоз, віруси Коксакі, цитомегаловірус та ін.).

У виникненні виродливостей має значення як дія (природа) тератогенного чинника, так і видові, індивідуальні, вікові й інші особливості кожного організму, на який подіяв тератогенний фактор. Одну й ту ж ваду можна викликати дією різних чинників і, навпаки, різні вади розвитку виникають за дії одного і того ж чинника.

На різних стадіях розвитку зародок має неоднакову чутливість до пошкоджувальних факторів середовища. Періоди найбільшої чутливості до тих або інших чинників отримали назву “критичні періоди розвитку”. Так, у людини такими періодами є прогенез (гаметогенез), запліднення, імплантація (кінець 1-го і початок 2-го тижня внутрішньоутробного розвитку), плацентація (у людини 3–6-й тиждень вагітності), гісто- і органогенез (3-4-й місяць ембріогенезу), пологи.

До механічних чинників відносять тиск, струси, механічну травму та ін.

Серед фізичних чинників найбільше значення мають різні види радіації, особливо проникаючої, гіпо- і гіпертермія. Іонізуюче випромінення (один з найважчих за ефектом тератогенів) у різних дозах викликає різного ступеня порушення розвитку і різні форми виродливостей. Іонізуюче випромінення навіть у малих дозах, не викликаючи патологічних зрушень в організмі, спричинює мутагенний ефект на статеві клітини. До виродливості призводить дія високої температури.

Значною різноманітністю характеризуються хімічні тератогени. Це можуть бути випадкові побутові отруєння й алкоголізм; хронічні виробничі отруєння, лікарські речовини.

До біологічних тератогенів належать бактеріальні токсини, віруси, чинники імунологічної несумісності. Наприклад, вірус краснухи, грипу, дифтерійний токсин. Особливу турботу викликають тепер вживання алкоголю, куріння, зловживання ліками або наркотиками, які негативно впливають на внутрішньоутробний або постнатальний розвиток.

Алкоголь – найчастіший тератоген, а зловживання алкоголем під час вагітності – часта причина хімічного індукованого тератогенезу. Він безпосередня причина кожної 10-ї ембріональної патології. Із 10 розумово неповноцінних дітей п’ятеро народжується від батьків-алкоголіків. Надзвичайно широкий спектр аномалій виявляється в дітей, народжених матерями, які зловживали алкоголем: вади розвитку серця, нирок, статевих органів, шкіри, скелета і суглобів, аненцефалії, гідроцефалії, мікроцефалії, щелепно-лицьової аномалії.

Природжені вади розвитку. ЇХ класифікація.

Природженими вадами розвитку називають такі структурні порушення, що виникають до народ­ження (у пренатальному онтогенезі), виявляються відразу або через певний час після народження і викликають порушення функції органа. Останнє відрізняє природжені вади розвитку органів від ано­малій, при яких порушення функції звичайно не спо­стерігається. Оскільки природжені вади розвитку є причиною приблизно 20 % смертей у неонатально-му періоді, а також займають значне місце у прак­тиці акушерства і гінекології, медичної генетики, дитячої хірургії й ортопедії, патологічної анатомії, то знання питань профілактики, етіології, патогене­зу, лікування і прогнозу природжених вад розвитку мають велике значення.

Розрізняють декілька критеріїв, за якими кла­сифікують природжені вади розвитку: 1) причина їх виникнення; 2) стадія, на якій виявляється вплив; 3) послідовність їх формування в організмі; 4) по­ширеність і локалізація.

В основі класифікації природжених вад, прийня­тої Всесвітньою організацією охорони здоров’я (ВООЗ), лежить анатомо-фізіологічний принцип (за місцем локалізації). Залежно від причини виникнення всі природжені вади розвитку поділяють на спадкові, екзогенні (середовищні) і мульпгифакторіальні.

До спадкових відносять вади, викликані зміною генів або хромосом у гаметах батьків, внаслідок чого зигота з моменту виникнення несе відповідну мутацію.

Екзогенними називають вади, що виникли під впливом тератогенних чинників, тобто компонентів довкілля різної природи і походження, які діючи під час ембріогенезу, порушують розвиток тканин і органів (різні види випромінювань, промислові от­рути, пестициди, лікарські препарати, віруси, алко­голь, тютюновий дим та ін.)

Мультифакторіальними називають вади, які виникають в організмі під впливом як генетичних, так і екзогенних чинників. Це можна зрозуміти, ви­ходячи з того, що чинники навколишнього середо­вища порушують спадковий апарат у клітинах орган­ізму, що розвивається.

Всі порушення, що відбуваються в пренаталь­ному онтогенезі, залежно від стадії, на якій виявля­ються генетичні або екзогенні впливи, поділяють на гаметопатію, бластопатію, ембріопатію і фетопатію. Якщо досить суттєві порушення роз­витку виникають на стадії зиготи (гаметопатія) або бластули (бластопатія), то подальший розви­ток не відбувається і зародок гине. Найбільше клінічне значення мають ембріопатія і фетопатія.

Ембріопатія порушення, що виникли в період від 15 діб до 8 тижнів ембріонального розвитку.

Порушення, які з’являються після 10 тижнів ембріонального роз­витку, називають фетопатією. Вона характери­зується патологічними станами, які, як правило, су­проводжуються відхиленнями загального типу: зни­женням маси, різноманітними функціональними по­рушеннями, затримкою інтелектуального розвитку тощо, а суттєві морфологічні порушення відсутні.

Залежно від послідовності виникнення природ­жені вади поділяють на первинні і вторинні. Якщо первинні вади зумовлені безпосередньою дією те­ратогенного чинника, то вторинні – ускладненням первинних, патогенетично з ними пов’язані.

Алкогольний синдром плода. Діти з алкогольним синдромом плода народжуються в 30-45 % випадків вживання алкоголю мате­рями. Характерні риси обличчя: 1 малий окіп голови; 2 – низька носова перегородка; 3 складки очей; 4 короткий ніс; 5 зменшена середня частина обличчя; б – тонка нижня губа.

У свою чергу, первинні вади розвитку за поши­реністю в організмі також поділяють на окремі гру­пи. Якщо певна вада пов’язана лише з одним орга­ном, то вона є ізольованою, або поодинокою; сис­темні вади охоплюють одну систему органів; мно­жинні наявні в органах двох і більше систем.

 За філогенетичною значимістю усі природжені вади розвитку можна розділити на філогенетично зумовлені і не пов’язані з попереднім філогенезом, тобто нефілогенетичні.

Філогенетично зумовленими називають такі вади, що за своїм виглядом нагадують певні органи тварин з типу Хордові і підтипу Хребетні. Якщо вони нагадують відповідні органи предкових груп або їхніх зародків, то такі вади називають анцестральними (предковими), або атавістичними (незрощення дужок хребців і твердого піднебіння, шийні і поперекові реб­ра, персистування вісцеральних дуг тощо). Якщо вади нагадують органи споріднених сучасних або давніх, але бічних гілок тварин, то їх називають алогенни-ми. Розглядаючи філогенетично зумовлені вади, мож­на виявити генетичний зв’язок людини з іншими хре­бетними, а також зрозуміти механізми виникнення вад впродовж ембріонального розвитку.

Нефілогенетичними є такі природжені вади, що не мають аналогів у нормальних предкових або су­часних хребетних тварин. До таких вад можна віднести, наприклад, двійникові каліцтва й ембріо­нальні пухлини, що з’являються внаслідок порушен­ня ембріогенезу, не відображають філогенетичних закономірностей.

Встановлення причини природжених вад має велике прогностичне значення для носія цих вад і профілактичне – щодо наступного потомства. У даний час медичні генетики та інші фахівці істотно просунулися в галузі так званого синдромологічно-го аналізу. Синдромологічний аналіз – це узагаль­нений аналіз фенотипу хворих з метою виявлення стійких сполучень ознак. Оволодіння цим методом допомагає у встановленні причини виникнення вад і основних патогенетичних механізмів.

 Фактори середовища, що викликають порушення розвитку.

 Чинники, які викликають зміни розвитку (аномалії, від грец. тєратод – потвора, чудовисько), назива­ються тератогенами. Наука про природжені ано­малії називається тератологією. Природжені ано­малії або уроджені вади розвитку – це тератоми.

Тератогени діють упродовж певних критичних періодів. Для будь-якого органа найбільш критич­ним періодом є час його росту й утворення специ­фічних структур. Різні органи мають різні критичні періоди. Серце формується між 3-м і 4-м тижнями. Головний мозок і скелет чутливі до шкідливих впли­вів постійно, починаючи з 3-го тижня після заплід­нення до кінця вагітності.

Існує дуже багато тератогенів. Іонізуюча радіація, лікарські препарати призводять до розриву хромосом і зміни структури ДНК.

До тератогенів можна віднести деякі віруси. У жінок, які перенесли краснуху в першій третині вагіт­ності, у кожному з шести випадків народжувалися діти з катарактою, серцевими вадами і глухотою. Чим раніше вірус краснухи уражає вагітну жінку, тим більший ризик, що постраждає зародок.

Тератогенну дію мають найпростіші з класу спо­ровиків – токсоплазма.

Якщо мати хвора на ток­соплазмоз, то через плаценту токсоплазми можуть потрапити у зародок і викликати ураження мозку й очей. Багато ліків здатні викликати вади розвитку. Наприклад, хінін може спричинити глухоту. Дуже слабкий транквілізатор талідомід широко викорис­товувався у 60-х роках XX ст. Він здатен виклика­ти вади, при яких довгі кістки кінцівок або відсутні, або різко деформовані, в результаті чого утворю­ються кінцівки, які нагадують плавці тюленя. У жінок, які приймали талідомід, народилося понад 7000 дітей із вадами.

Викликати вади розвитку може патологічний стан здоров’я матері. Однією з причин уроджених вад можна вважати гіпоксію. Гіпоксія в період органо­генезу гальмує плацентацію, розвиток зародка, і в ряді випадків, призводить до появи природжених вад та загибелі плоду.

Неповноцінне харчування матері, дефіцит мікро­елементів, наприклад, цинку, призводить до розвит­ку вад центральної нервової системи, гідроцефалії, мікро- та анофтальмії, викривлення хребта, вад сер­ця тощо.

Ендокринні захворювання у вагітних часто спри­чиняють мимовільний аборт чи порушення морфо­логічної і функціональної диференціації органів пло­да, які визначають високу ранню дитячу смертність. Тератогенний ефект доведено для цукрового діа­бету. Діабетична ембріопатія проявляється комп­лексом уроджених вад, з яких 37 % – вади кістко­во-м’язової системи, 24 % – вади серця і судин, 14 % -вади центральної нервової системи. Вади розвитку дітей при цукровому діабеті матері спостерігають­ся у 6 % випадків.

Нейрогуморальна регуляція процесів росту і розвитку

Швидкість росту різних органів і тканин неодна­кова, що призводить до певних диспропорцій тіла людини в ембріогенезі і після народження.

Регуляція росту складна. Важливе значення ма­ють генетична конструкція і фактори зовнішнього середовища. Майже в кожного виду є генетичні лінії, які характеризують граничні розміри особин. Реалі­зація ж генетичної інформації значною мірою зале­жить від дії гормонів. Найбільш важливим гормо­ном є соматотропін, який виробляється гіпофізом з моменту народження до підліткового віку. Гормон щитоподібної залози – тироксин – також відіграє важливу роль впродовж усього періоду росту.

Швидкість росту організму в постнатальному онтогенезі поступово знижується до чотирирічного віку, потім деякий час залишається сталою, а в пев­ному віці дає “стрибок”, який називається пубер­татним стрибком росту. Це пов’язано з періодом статевого дозрівання.

На ріст і розвиток людини впливають і деякі па­тологічні стани. Наприклад, при значних порушен­нях генетичного матеріалу у випадку численних аномалій статевих хромосом (ХО, XXY, XXX, XYY). Зокрема, при синдромі Шерешевського – Тернера різко пригнічується соматичне та статеве дозрівання, при синдромі XYY чоловіки мають високий зріст, добре розвинену мускулатуру.

На процеси розвитку значний вплив мають відхи­лення у функціонуванні ендокринних залоз як цент­рального, так і периферичного походження. Класич­ними прикладами таких порушень є карликовість (нанізм) гіпофізарного або гіпоталамічного походження, гігантизм, гіпотиреоз.


 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Приєднуйся до нас!
Підписатись на новини:
Наші соц мережі