BIOMEDYCZNE PODSTAWY

ROZWOJU CZŁOWIEKA

Wykład dla studentów I roku

na kierunku Pedagogika

Dr Andrzej K dziorski

Katedra Fizjologii Zwierz t i Ekotoksykologii

WYKŁAD 2

Poj cie rozwoju, ontogeneza człowieka

przejawy i cele rozwoju

Czynniki rozwoju - ogólna klasyfikacja

determinanty
stymulatory
modyfikatory

Pocz tek ycia

kontekst historyczny
układ rozrodczy i gametogeneza
zapłodnienie
kontrola pocz
ci a bli niacza

Techniki wspomaganej reprodukcji

PODSTAWY ONTOGENEZY CZŁOWIEKA

Rozwój ontogenetyczny

– zespół uporz dkowanych procesów, które

prowadz do wykształcenia si budowy ciała i – dzi ki dojrzewaniu
struktur wewn trznych – do doskonalenia si organizmu pod wzgl dem
funkcjonalnym (zwi kszenia zdolno ci przystosowawczych).

R. biologiczny: somatyczny, motoryczny

R. psychiczny: emocjonalny, intelektualny, społeczny i in.
R. duchowy

Cel rozwoju

:

biologicznego

: osi gni cie zdolno ci do zrodzenia potomstwa

i zapewnienia mu opieki (

kontynuacja linii ycia

)

psychicznego

: odkrycie własnego potencjału i jego realizacja

w konkretnych warunkach (

znalezienie własnego miejsca

w wiecie

)

duchowego

: zbudowanie osobowej relacji z Bogiem (

zbawienie

)

CZYNNIKI WPŁYWAJ CE NA PRZEBIEG ROZWOJU

Determinanty

- genotyp zarodka

- efekty epigenetyczne (pi tno genomowe)

Stymulatory

„czynniki matczyne” – rodowisko metaboliczne

organizmu matki

Modyfikatory

czynniki rodowiska zewn trznego

- psychospołeczne

- geograficzno-klimatyczne

- cywilizacyjno-kulturowe

Hipokrates (480-380 p.n.e.) - zarodek powstaje w wyniku wymieszania si

nasienia ojcowskiego z matczynym. Nasienia powstaj w postaci

wyci gów z tkanek ciała, a szczególnie mózgu.

Arystoteles (384-322 p.n.e.) - zarodek powstaje z krwi wydalanej w czasie

menstruacji. Matka dostarcza niezorganizowan materi ,

natomiast ojciec wła ciw „form ” kieruj c rozwojem.

Kartezjusz, 1677 „Traktat o człowieku i powstawaniu zarodka.” - pocz tkiem

nowego osobnika jest „skomplikowana mieszanina dwóch

płynów, stanowi cych wzajemnie dla siebie zaczyn.”

Harvey, 1661 - „Ex ovo omnia.”

De Graff, 1672 - w jajniku kobiety znajduj si p cherzyki. Jaja s

zapładniane przez opary uwalniane z nasienia („aura seminalis”).

Van Ham i Leeuvenhoek, 1677 – w m skim nasieniu wyst puje mnóstwo

drobnych ywych tworów – animalculi. koncepcje preformistyczne

(spór „owistów” i „animalkulistów”)

Pocz tek ycia – Kontekst historyczny

Ludzki plemnik według koncepcji preformistów

(ryc. Nicholasa Hartsoekera z 1694).

za: Hopkins, 2005 (przedruk z J. Needham, 1959. A History of Embryology. N.Y.)

„animalkuli ci” - w plemnikach znajduj si ju

uformowane małe homonkulusy wszystkich przyszłych
pokole
„owi ci” - w komórce jajowej zawarte s wszystkie
przyszłe pokolenia ludzi
Wniosek: cała ludzka rasa istniała w jajnikach Ewy;

Kontekst historyczny

Kerkring, 1692 – kobieta wydala jajo podczas miesi czki

lub kiedy jest w ciekle zła.

XVIII w. – dominuj ca rola matki w formowaniu zarodka.

Składniki nasienia odpowiadaj jedynie za
modelowanie zarodka i podobie stwo do ojca.

XVI-wieczne wyobra enia rozwoju człowieka

według koncepcji epigenezy Arystotelesa.

za: Hopkins, 2005 (przedruk z J. Needham, 1959. A History of Embryology.)

Kontekst historyczny

Wolff (1759) - Organy ciała nie istniej

w momencie zapłodnienia, lecz powstaj

stopniowo z niezró nicowanego materiału

(epigeneza).

XVIII–XIX w. – ostateczne odrzucenie

preformizmu, powrót i rozwój koncepcji

epigenezy.

1827 – odkrycie komórki jajowej w

p cherzyku Graffa (Von Baer)

1875 – opis przebiegu zapłodnienia

1873-82 – opis kariokinezy; odkrycie mejozy

Do pocz. XX w. powszechne uznanie

owulacyjnej teorii menstruacji

1924 i 1929 – owulacja zachodzi w połowie

cyklu miesi czkowego (Ogino, Knauss)

MITOZA

MEJOZA

Kariokineza - porównanie

organizacja chromosomów w

profazie
liczba podziałów
liczba chromosomów w komórkach

potomnych
zawarto DNA w komórkach

potomnych
integralno informacji genetycznej

przed i po podziale

Gamety powstaj po mejozie

Odmienna rola plemnika i jaja

w procesie zapłodnienia

determinuje ró nice

w ich powstawaniu.

M ski układ rozrodczy:

wyprodukowanie plemników

kanaliki nasieniotwórcze j der

Gametogeneza - spermatogeneza

magazynowanie plemników

przewody naj drza

przeniesienie plemników

do układu rozrodczego kobiety

członek

zbudowany z:

- ciał jamistych

- ciała g bczastego

gruczoły dodatkowe

– płyn nasienny

wykształcenie m skich cech

budowy ciała i zachowania

tkanka j dra

produkuj ca sterydy

- androgeny

ródło: Czyba, Montella, 1994

Spermatogeneza

mejoza I

Spermatocyty I rz du

Spermatocyty

II rz du

Spermatogonia

Sperma-

tydy

mejoza II

- Spermatydogeneza (ok. 51 dni)

ró nicowanie

- Spermiogeneza (ok. 23 dni)

Spermiogeneza:

cz

główna

witki

wstawka

szyjka

głowa

Fazy dojrzewania

wczesna i po rednia

Faza

akrosomu

Faza Golgiego

spermatyda

cz

ko cowa

• wytworzenie akrosomu

• wytworzenie szyjki,

wstawki (mitochondria)

oraz witki

• utrata wi kszo ci

cytoplazmy

• kondensacja j dra

S

tre

fa

pr

zy

ka

na

lik

ow

a

S

tre

fa

po

ds

ta

w

na

Pó na

spermiogeneza

Spermatocyt

I rz du

Spermatyda

j. komórki

Sertoliego

Spermatogonia

Błona własna

Spermatocyt

II rz du

wiatło

kanalika

nasiennego

Spermatogeneza

Lokalizacja etapów

procesu w kanaliku

nasiennym

Produkcja plemników

zachodzi acyklicznie

od okresu dojrzewania

do staro ci!

Naj drze

magazynowanie plemników
uzdatnianie plemników do

zapłodnienia

- uzyskanie ruchliwo ci
- kondensacja chromatyny
- zmiany składu błony kom.

rozpoznanie osłony

przejrzystej

e ski układ rozrodczy:

wyprodukowanie kom. jajowych

(

jajniki

)

Gametogeneza - owogeneza

zapewnienie warunków do

zapłodnienia

(

pochwa, macica, jajowody

–

przyj cie i kierowanie ruchu

plemników; transport kom. jajowej)

zapewnienie warunków rozwoju

dziecka w pocz tkowych

etapach ycia

(

macica

wysłana

błon luzow (

ło ysko)

– zapewnia zagnie d enie

i rozwój zarodka)

wydanie dziecka na wiat

(

macica

– skurcze ciany mi niowej;

pochwa

– kanał rodny)

wykształcenie kobiecej budowy

ciała i zachowania

(

hormony płciowe jajników

)

ródło: Czyba, Montella, 1994

Gametogeneza - owogeneza

http://faculty.sunydutchess.edu/scala/Bio102/default.htm

spoczynek

kom. jajowa

ootyda

polocyt II rz du

polocyt I rz du

owocyt II rz du

owocyt I rz du

mejoza II

mejoza I

pierwotne kom. płciowe

owogonium

w okresie płodowym

w okresie dojrzało ci płciowej

Owocyty I rz du - nieodnawialna pula komórek

– potencjalny wpływ babki na wnuczk !!!

Wykorzystanie: ok. 0,1% owocytów obecnych

w jajnikach na pocz tku okresu dojrzało ci

p cherzyk jajnikowy

pierwotny

w. zewn. osłonki p.

w. wewn. osłonki p.

w. ziarnista

wieniec promienisty

osłonka p cherzyka

kom. ziarniste

osłona przejrzysta

błona podstawna

osłonka p cherzyka

osłona przejrzysta

kom. p cherzykowe

błona podstawna
kom. p cherzykowe

kom. p cherzykowe

owocyt I rz du

wiatło p chrzyka

owocyt I rz. na

wzgórku

jajono nym

osłonka

przezroczysta

p cherzyk

wtórny

młody p cherzyk

jajnikowy

p cherzyk dojrzały

(Graffa)

p cherzyk

pierwotny

15 t. – 7 m-c ycia płodowego
- namna anie owogonii (mitoza)
- tworzenie p cherzyków jajnikowych

pierwotnych

owogeneza

Okres dojrzało ci płciowej
- rozrost i namna anie kom.

p cherzykowych (10

2

– 5×10

7

)

w. ziarnista

wzgórek jajono ny

wieniec promienisty

wiatło p cherzyka

- wytworzenie osłonki p cherzyka
- doko czenie mejozy I owocyt II rz.
- wytworzenie osłony przejrzystej wokół

owocytu

- zablokowanie owocytu II rz. w metafazie

owogeneza

http://faculty.sunydutchess.edu/scala/Bio102/default.htm

Owulacja
dojrzewanie owocytu II rz. pod wpływem FSH i LH
rozlu nienie wie ca promienistego owocyt II rz. w jamie p cherzyka
p kni cie p cherzyka – owocyt otoczony warstw komórek

wydostaje si z p cherzyka

p cherzyk jajnikowy ciałko ółte

dojrzały p cherzyk

owocyt I rz.

owocyt II rz.

owulacja

jajnik

p.p.j.

ciałko ółte

p kni ty p.

Cykliczno

funkcjonowania

Zapłodnienie

Selekcja plemników

Aktywacja plemników

Zetkni cie si gamet

Aktywacja owocytu

Doko czenie mejozy II w owocycie

Powstanie przedj drzy

Synteza DNA

W drówka plemników

w układzie rozrodczym

kobiety

Czyba, Montella, 1994

• selekcja plemników w drodze

do owocytu
- luz szyjkowy (reotaksja ujemna):
200 – 2 mln
- macica, jajowody:
2 mln – 2 × kilka tysi cy
- luz cie ni jajowodu:
fale po kilkadziesi t kom.

• „aktywacja” plemników w drogach rodnych
(kapacytacja)
- eliminacja płynu nasiennego w luzie szyjkowym
- „oczyszczenie” główki plemnika przez luz
- przekształcenia błony powierzchniowej

• zetkni cie si gamet
- upłynnienie subst. mi dzykomórkowej
- przylgni cie do osłony przejrzystej
- reakcja akrosomalna
- zespolenie si błon kom. gamet
- aktywacja owocytu
- szybka fagocytoza całego plemnika
- reakcja korowa owocytu

monospermia

Czyba, Montella, 1994

ródło: Mader, 2004

• doko czenie mejozy II owocytu
- powstanie przedj drza i polocytu II

• powstanie przedj drza plemnika

• replikacja DNA w przedj drzach

• pocz tek bruzdkowania
- kariogamia przedj drzy (profaza)
- metafaza pierwszego podziału

Zapłodnienie zarodek

Czyba, Montella, 1994

Implantacja

Prawidłowa – 99%
Nieprawidłowa (ektopowa) – 1%

macica – przy uj ciu wewn trznym szyjki
jajowód – ci a jajowodowa (najcz stsza)

zaburzenie transportu zarodka (jaja płodowego)

jajnik – brak wychwycenia owocytu
otrzewna – brak wychwycenia owocytu

Brak implantacji

poronienie spontaniczne

cz sto – ok. 30%? (stała?, wzrastaj ca?)

Naturalne metody kontroli pocz

XVIII w. p.n.e. – pierwsze 12-14 dni cyklu to dni płodne (intuicja)

rozpoznanie fazy płodnej w cyklu

m. kalkulacyjna
m. termiczna
m. objawowe ( luz, szyjka)
m. testowe (hormony w moczu, krystalizacja luzu)

wstrzemi liwo seks. w fazie płodnej/niepłodnej

Brak ingerencji w naturalny rytm płodno ci i przebieg

stosunków płciowych

Kontrola pocz

Antykoncepcja

- celowe działanie zapobiegaj ce pocz ciu

(anty- + łac. conceptio pocz cie’)

- celowe działanie zapobiegaj ce zaj ciu w ci

Znana i okazjonalnie stosowana od staro ytno ci

bariera dla gamet

(mechaniczna, chemiczna, chirurgiczna)

hormonalna blokada cyklu płciowego

(cz ciowa, całkowita)

blokada produkcji plemników lub ich zdolno ci do zapłodnienia

Do metod a. zalicza si tak e metody wczesnoporonne

mechaniczne
chemiczne

Ingerencja w naturalny rytm płodno ci, funkcje układu rozrodczego

b d przebieg stosunku płciowego

Czyba, Montella, 1994

Kontrola

rozrodu

u kobiet

Czyba, Montella, 1994

Kontrola

rozrodu

u m czyzn

ródło: Solomon i wsp., 1996 - Biologia

Zało enie:

Zapłodnienie poza okresem płodnym prowadzi 2-krotnie cz ciej do poronienia ni

do rozwoju dziecka – chodzi o dni graniczne ywotno ci gamet.
Zasadno zało enia:

w tpliwa, cho teoretycznie niewykluczona

Dowody:

brak

Prawdziwo tezy:

nie dowiedziona

Antykoncepcja a płodno w ró nych

regionach wiata w 2000 r.

(dane UNICEF:

http://www.childinfo.org/eddb/fertility/index.htm#

progress)

0

1

2

3

4

5

6

7

0

20

40

60

80

100

% kobiet stosuj cych antykoncepcj

w

sk

a

ni

k

pł

od

no

ci

Ilustracja: Wawrzek wi cicki

Cz sto stosowania nowoczesnych metod

planowania rodziny ( ródło: United Nations, 2004)

Antykoncepcja a demografia

CI

E MNOGIE

< 4 dnia

< 8 dnia

8-13 dni

Czyba, Montella, 1994

Dane literaturowe z XX w.

z ró nych ojców

w jednego cyklu

„semi-rodze stwo”

(superfecondation)

Wyj tkowo rzadkie; nieco

cz stsze w praktyce ART

z ró nych cykli

rodze stwo

(superfetation)

Typowe przypadki

z jednego ojca

w jednym cyklu

rodze stwo

(fraternal tweens)

Bli ni ta dizygotyczne

(Cz sto : 1/90 urodze )

Cz sto naturalnych ci mnogich (> 2 zarodków) okre la tzw. reguła Hellina

1 : 80

n–1

ci ,

gdzie n – liczba zarodków

Stosowanie technik ART spowodowało w ostatnich dekadach

wzrost cz sto ci ci mnogich.

44%

32%

11%

miertelno : 13%

2%

36%

27%

cz sto : 35%

Jedna owodnia

Jedna kosmówka

wspólne ło ysko

Dwie owodnie

Jedna kosmówka

wspólne ło ysko

Dwie owodnie
Dwie kosmówki

wspólne ło ysko

Dwie owodnie

Dwie kosmówki

oddzielne ło yska

Cz sto wyst powania ci bli niaczych ró nych typów:

Di-/mono-

mono-

mono-

mono-

Zro ni cie zarodków doln , rodkow

lub górn cz ci ciała

Romero, R., i wsp., 1988: Prenatal Diagnosis of Congenital

Anomalies, p 405. (za:

Philippe Jeanty -

www.thefetus.net

)

ht

tp

://

w

w

w

.h

ea

lth

yt

ex

as

.o

rg

/im

ag

es

/a

rt/

Je

ni

so

n/

th

50

0I

nV

itr

o0

1.

jp

g

In Vitro

Narzuta zrobiona przez artyst dla przyjaciół, którzy poddali si zapłodnieniu

in-vitro, z okazji narodzin ich córki.

Techniki wspomaganego

rozrodu

Równolegle z rozpowszechnianiem stosowania technik zapobiegania ci y

w krajach rozwini tych narasta problem niepłodno ci

Czy istnieje bezpo redni zwi zek???

ART obejmuje techniki medyczne leczenia bezpłodno ci,

pozwalaj ce na uzyskanie ci y

1959 – pierwsza udana próba zapłodnienia ‘in vitro’

kom. jajowej ssaka

1978 – pierwsza ci a z zapłodnienia ‘in vitro’ u człowieka

(Luiza Brown, Anglia)

do 2007 – ok. 1 mln. dzieci na wiecie pocz ło si w probówce

L. Brown

w dniu 25 urodzin

/ ródło: wikipedia/

Zapłodnienie:

Homogeniczne – gamety od mał onków - rodziców
Heterogeniczne – jedna lub obie gamety od dawców (rodziców tylko

biologicznych).

Ró ne formy zapłodnienia:

DI – unasiennienie przez dawc
AID — sztuczne unasiennienie przez dawc (ju w 1884 r.),
AIH — sztuczne unasiennienie przez m a
IVF — zapłodnienie w probówce (pozaustrojowe),
SM – macierzy stwo zast pcze.

Czyba, Montella, 1994

Zapłodnienie

in vitro

Czyba, Montella, 1994

Zapłodnienie wspomagane

http://www.ivfdallas.com/images/icsi_lg.jpg

ICSI - zabieg wprowadzenia pojedynczego plemnika do wn trza komórki jajowej

W USA ta technika stanowi obecnie (2007 r.) ok. 40% wszystkich procedur ART.

Transfer ooplazmy – przeniesienie cytoplazmy z kom. jajowej dawczyni (wraz z

plemnikiem) do kom. jajowej potencjalnej matki.

Problem: zarodek zawiera mitochondria zarówno dawczyni ooplazmy jak i matki

(heteroplazmia).

Brak powszechnej aprobaty, jednak w USA na wiat przyszło z jej

pomoc kilkadziesi t dzieci (dane z 2007 r.)

Korzy ci stosowania ART

Setki tysi cy niepłodnych par uzyskało mo liwo posiadania własnych dzieci

Mo liwo badania zarodka przed implantacj na obecno wad genetycznych

i unikni cie takiej ci y

Mo liwo wykorzystania zamro onego nasienia i zapewnienie ojcostwa

m czy nie, który utracił zdolno do wytwarzania ywotnych plemników (lub

nasienia w ogóle).

Mo liwo zamro enia nadliczbowych zarodków i u ycia ich w pó niejszym

czasie w razie niepowodzenia pierwszej próby IVF (powodzenie zabiegu

implantacji odmra anych zarodków jest mniejsze)

Je li prawo na to zezwala nadliczbowe zarodki mog by wykorzystane jako

ródło zarodkowych komórek macierzystych

Wady stosowania ART

Wci niski procent powodzenia zabiegów (~30%) i cz sta konieczno ich

powtarzania

Cz ste ci e bli niacze (~40%) z powodu implantacji kilku moruli do macicy.

Poci ga to za sob mniejsz mas ciała noworodków. Ograniczenie liczby

zarodków dokonuje si albo przez implantacj jednego zarodka (cz sto w

pó niejszym stadium blastocysty), albo wybiórcz eliminacj nadliczbowych.

Ryzyko wad wrodzonych u dzieci pocz tych za pomoc ART jest dwukrotnie

wi ksze w porównaniu z ci ami naturalnymi (~8%).

Procedury ART u zwierz t do wiadczalnych cz sto prowadz do zaburzenia

prawidłowego pi tnowania genów. Nie wiadomo w jakim stopniu dotyczy to

równie człowieka.

Nasilaj ce si z upływem czasu u dzieci problemy z jedzeniem i spaniem

oraz problemy w relacji z matk ;

Cz stsza depresja i wi kszy ni w populacji ogólnej stres u rodziców, cho

jednocze nie zdaj si oni by bardziej zaanga owani w relacj z dzieckiem;

Trudno ci rodziców w relacjach społecznych oraz poczuciu adekwatno ci roli

rodzicielskiej;

Powa na trudno dotycz ca powiedzenia dziecku prawdy o jego pochodzeniu:

25% rodziców pozostaje niepewnych, czy powiedzie dziecku prawd , czy nie,

a 57% chc cych poinformowa swojego potomka o sposobie pocz cia nie

potrafi zdecydowa o odpowiednim wieku, sytuuj c go w przedziale 2-21 lat.

Pogł bienie powy szych trudno ci gdy zapłodnienie miało charakter

heterogeniczny – konsekwencje psychiczne i społeczne dla dziecka ???

Odległe negatywne skutki stosowania ART

H. Holmes, Opennes, fatherhood. and responsibility: a feminist analysis. Politics and Life Sciences

12(1993) nr 2, s. 180-182

„otwarto dewastuje, a sekret podminowuje”

Miejsce medycyny rozrodu w yciu społecznym i kulturowym

Czyba, Montella, 1994

Pi miennictwo:

Czyba J.-C., Montella A., 1994 – Biologia rozrodu człowieka. PAN W-wa.

Hopkins, 2005 – The Cambridge Encyclopedia of Child Development. Cambridge Univ. Press.

Strona UNICEF -

http://www.childinfo.org/index.htm

Wola ski, N. – Rozwój biologiczny człowieka. WN PWN 1983, 2006