Materiały z embriologii ogólnej

Embriologia - analizuje procesy związane z powstawaniem komórek rozrodczych, bada - budowę gruczołów płciowych i ich funkcje (preembriogeneza), prawidłowości rozwoju od zapłodnienia komórki do powstania organizmu zdolnego do samodzielnego życia (embriogeneza)oraz zajmuje się procesami następującymi po okresie embrionalnym takim jak wzrost organizmu, procesy regeneracji (postembriogeneza).

Rozwój organizmów wielokomórkowych - wyróżniamy 6 głównych etapów tego rozwoju: gametogeneza, zapłodnienie, bruzdkowanie, gastrulację, organogenezę i wzrost.

Charakterystyka etapów rozwojowych:

1. Gametogeneza - zaliczana do preembriogenezy - obejmuje wszystkie procesy, które są związane z powstawaniem w organizmach rodzicielskich komórek rozrodczych czyli gamet w procesie spermatogenezy i oogenezy. Komórki wyjściowe dla obu typów gamet są do siebie podobne, diploidalne. Podlegają następnie przemianom doprowadzającym do zróżnicowania, które jest wyrazem przystosowania komórek do ich późniejszej roli.

Spermatogeneza - to proces wytworzenia haploidalnej komórki przystosowanej do aktywnego ruchu i odegrania czynnej roli w procesie zapłodnienia.

Oogeneza - to proces wytworzenia haploidalnej komórki jajowej, w której zgromadzone są materiały zapasowe umożliwiające odżywianie się zarodka (przez cały okres jego rozwoju embrionalnego lub jego część).

2. Zapłodnienie - zaliczane do embriogenezy - składa się z dwóch zasadniczych etapów. Pierwszy z nich polega na połączeniu obu gamet, żeńskiej i męskiej i powstaniu zygoty (cytogamia i kariogamia) o diploidalnej liczbie chromosomów. Drugi proces to aktywowanie zapłodnionej komórki jajowej do podziału.

3. Bruzdkowanie - obejmuje podziały mitotyczne zygoty skutkiem których jest powstawanie komórek potomnych zwanych blastomerami, które stanowią materiał wyjściowy do rozwoju tkanek i narządów. Wyróżnia się różne typy bruzdkowania w zależności od budowy komórek jajowych (decydującym czynnikiem jest ilość i położenie materiałów zapasowych).

Dalszym etapem procesu bruzdkowania jest blastulacja. Polega ona na przesuwaniu się komórek na obwód, tworzenia litej warstwy otaczającej przestrzeń wypełnioną płynem. Pęcherzyk powstający w wyniku tego procesu nosi nazwę blastuli i wyróżnia się w nim blastodermę, węzeł zarodkowy i blastocel (jamę blastocysty). Blastulacja może mieć różny przebieg i zależy to głównie od przebiegu procesu bruzdkowania.

4. Gastrulacja - obejmuje przesunięcie grup komórek węzła zarodkowego do wnętrza blastuli, przekształcenie się węzła w twór dwu- lub trzy-warstwowy. Powstałe w wyniku tego procesu warstwy noszą nazwę listków zarodkowych Poza jamochłonami wszystkie wielokomórkowce mają trzy listki zarodkowe - ektodermę, endodemę i mezodermę. W okresie tym pojawiają się również pierwsze odrębności fizjologiczne pomiędzy komórkami.

5. Organogeneza - końcowy etap embriogenezy - obejmuje powstawanie i kształtowanie się narządów i trwa najdłużej. Grupy komórek tworzących określone narządy zawiązują więź fizjologiczną, która następnie pozwala na harmonijną współpracę w obrębie tego narządu. Zjawisko to nosi nazwę indukcji embrionalnej - wynikiem jest pojawianie się wspólnych cech morfologicznych i funkcjonalnych.

Gametogeneza

Spermatogeneza - proces wytwarzania komórki rozrodczej męskiej. Wyróżniamy w nim: prespermatogenezę, spermatogoniogenezę, spermatocytogenezę i spermiogenezę.

Prespermatogeneza - zachodzi we wczesnym okresie rozwoju embrionalnego - w ścianie pęcherzyka żółtkowego pojawiają się pierwotne komórki płciowe - gonocyty (ok. 1/10 długości ciąży), które następnie rozpoczynają wędrówkę w kierunku zawiązków gonad, gdzie docierają około 2/10 długości ciąży. W obrębie zawiązków gonad pierwotne komórki płciowe namnażają się, następnie część z nich ulega degeneracji a pozostałe przechodzą w okres spoczynku. W trakcie dalszego rozwoju komórki te przechodzą dwa podziały jeden w okresie po urodzeniu i drugi w okresie pokwitania. Okres pokwitania jest również początkiem różnicowania się komórek płciowych.

Spermatogoniogeneza - proces obejmujący namnażanie i różnicowanie spermatogonii oraz powstawanie spermatocytów I rzędu. Zachodzi w kanalikach nasieniotwórczych krętych jąder. Kanaliki te powstają w jądrach tuż przed osiągnięciem dojrzałości płciowej, gdy w sznurach płciowych pojawia się światło i przekształcają się one w kanaliki. Pierwotne komórki płciowe przekształcają się wtedy w spermatogonie. Wyróżniamy spermatogonie A i B.

Spermatogonie A - wyróżniamy dwa rodzaje tych komórek A - Ad i Ap. Spermatogonie Ad stanowią pulę zapasową komórek rozrodczych, które dzielą się tylko w wyjątkowych okolicznościach. Spermatogonie Ap dzielą się mitotycznie i stanowią źródło komórek macierzystych oraz spermatogonii typu B. W normalnym procesie różnicowania część spermatogonii A dzieli się podziałem całkowitym i zasila pulę komórek macierzystych, a pozostałe dzielą się podziałem niecałkowitym (pomiędzy komórkami pozostają mostki cytoplazmatyczne), opuszczają pulę komórek macierzystych i dają początek kolejnym pokoleniom spermatogonii dzieląc się mitotycznie (kilka podziałów). Po zakończeniu ostatniego podziału komórek A dochodzi do utworzenia spermatogonii typu B. Komórki te następnie dzielą się mitotycznie, po czym wchodzą w okres wzrostu i przekształcają się w spermatocyty I rzędu.

Spermatocytogeneza - spermatocyty I rzędu przechodzą przez okres interfazalny, wzrastają do wielkości około 25 μm średnicy, oddalają się od błony własnej otaczającej kanalik nasieniotwórczy. Następnie wchodzą w profazę pierwszego podziału mejotycznego - czas trwania profazy jest bardzo długi, trwa od kilku do kilkudziesięciu dni i jest cechą gatunkową. Po profazie następuje szybkie zakończenie pierwszego podziału mejotycznego i utworzenie spermatocytów II rzędu. Komórki te natychmiast zaczynają się dzielić (II podział mejotyczny). W wyniku tego podziału powstają spermatydy o haploidalnej liczbie chromosomów.

Spermiogeneza - proces prowadzący do przekształcenia spermatydy w plemnik. W jego przebiegu następuje:

- utworzenie akrosomu (jest wynikiem przekształcenia aparaty Golgiego; pokrywa ponad połowę powierzchni jądra plemnika; zawiera enzymy umożliwiające wniknięcie plemnika do komórki jajowej); kondensacja jądra; utworzenie szyjki, wstawki i witki; usunięcie nadmiaru cytoplazmy.

Okres potrzebny do przekształcenia się spermatogonii w dojrzały plemnik jest cechą gatunkową - trwa zazwyczaj kilkadziesiąt dni.

Oogeneza - proces wytwarzania komórki rozrodczej żeńskiej.

- Pierwotne komórki płciowe (gonocyty) w oogenezie mają to samo pochodzenie i czas migracji (około dwóch tygodni) jak komórki spermatogenezy. Pierwotne komórki płciowe po dojściu do zawiązka gonady osobnika mającego żeński kariotyp, różnicują się w oogonie.

- Oogonie przechodzą przez kilka podziałów mitotycznych i około 1/3 okresu trwania ciąży tworzą skupienia otoczone przez warstwę płaskich komórek nabłonkowych. Komórki płaskie pochodzą z nabłonka powierzchniowego pokrywającego jajnik.

- Następnie część oogonii dzieli się nadal a część różnicuje się w owocyty I rzędu. Te natychmiast po powstaniu replikują DNA i wchodzą w profazę I. podziału mejotycznego. Liczba obu rodzajów komórek osiąga maksymalny poziom w połowie ciąży. Po tym okresie następuje degeneracja owogonii i oocytów, która doprowadza do atrezji większości z nich. Pozostają tylko oocyty I rzędu na powierzchni jajnika. Każdy z oocytów jest otoczony przez jedną warstwę płaskich komórek nabłonkowych. Komórka rozrodcza razem z otaczającymi ją komórkami nabłonkowymi tworzą pęcherzyki jajonośne zarodkowe. Komórki te rozpoczynają podział mejotyczny, który zostaje zatrzymany w stadium diplotenu. W takim stanie komórki pozostają aż do okresu pokwitania. Po urodzeniu następuje częściowa atrezja oocytów i w okresie uzyskania dojrzałości płciowej liczba ich stanowi około 20% liczby, która jest w chwili urodzenia (dane dla człowieka). Z tej liczby tylko niewielka część podlega rozwojowi i owulacji w okresie aktywności rozrodczej.

Od momentu osiągnięcia dojrzałości płciowej oocyty wchodzą w fazę wzrostu w kolejnych dojrzewających pęcherzykach. W okresie wzrostu następuje gromadzenie substancji zapasowych. Wzrost i dojrzewanie pęcherzyków jajnikowych odbywa się wskutek zmian zachodzących równolegle w komórce jajowej, otaczających ją komórkach nabłonkowych oraz zrębie łącznotkankowym. Zmiany dotyczące komórki płciowej odnoszą się do wielkości i budowy komórki rozrodczej. Pozostając w stadium diplotenu wielokrotnie zwiększają swoją objętość. W tym okresie następuje także wykształcenie osłonki przezroczystej otaczającej oocyt.

Po osiągnięciu dojrzałości przez pęcherzyk, oocyt I rzędu kontynuuje rozpoczęty w okresie embrionalnym pierwszy podział mejotyczny. W wyniku tego podziału powstaje oocyt II rzędu (komórka ta otrzymuje prawie całą cytoplazmę) i pierwsze ciałko kierunkowe (ciałko praktycznie nie posiada cytoplazmy i układa się w przestrzeni okołożółtkowej). Bezpośrednio po zakończeniu tego podziału komórka rozpoczyna drugi podział mejotyczny. Owulacja zachodzi w stadium metafazy II podziału mejotycznego. Ten podział kończy się tylko wówczas, gdy nastąpi zapłodnienie, w przeciwnym razie po około 24 godzinach oocyt podlega degeneracji.

Proces owulacji u części zwierząt jest spontaniczny, zależny od gry hormonalnej, natomiast u części gatunków owulacja jest prowokowana, następuje po kopulacji.

(Proces mejozy nie zawsze przebiega prawidłowo. Nieprawidłowe mejozy są zazwyczaj związane z nie rozdzieleniem się pary chromosomów homologicznych i najczęściej dotyczą chromosomów płci. Prowadzi to do szeregu zmian patologicznych w trakcie rozwoju i chorób o podłożu genetycznym. Zaburzenia rozwojowe mogą również wynikać ze zmian w budowie chromosomów.)

Zapłodnienie

Zapłodnienie to proces łączenia się gamety żeńskiej i męskiej. Zapłodnienie może być zewnętrzne, czyli odbywać się poza organizmem lub wewnętrzne czyli odbywające się w drogach rodnych samicy (u większości zwierząt występuje to ostatnie). Zapłodnienie wewnętrzne zachodzi w bańce jajowodu.

Plemniki wprowadzone do dróg rodnych samicy przedostają się do jajowodu. Transport plemników jest spowodowany skurczami komórek mięśniowych macicy i jajowodu. Plemniki, które dostały się do dróg rodnych samicy, aby być zdolnymi do zapłodnienia muszą przejść proces kapacytacji (uzdatnianie) i oraz reakcję akrosomową.

Procesy przygotowawcze

Kapacytacja - proces zachodzący w drogach rodnych samicy, trwa zazwyczaj kilka godzin, polega na usunięciu osłonki glikoproteinowej oraz białek nasienia z błony komórkowej leżącej nad akrosomem. Zakończenie kapacytacji umożliwia rozpoczęcie następnego etapu przygotowania plemnika do zapłodnienia - reakcji akrosomowej.

Reakcja akrosomowa - zachodzi w plemniku, gdy znajduje się on w bezpośrednim sąsiedztwie oocytu pod wpływem substancji uwalnianych z komórek wieńca promienistego i komórki jajowej. Pomiędzy błoną komórkową plemnika i zewnętrzną błoną akrosomu powstają liczne połączenia, co umożliwia uwolnienie zawartości akrosomu potrzebnej do przeniknięcia plemnika przez wieniec promienisty i osłonkę przezroczystą. Podczas tej reakcji uwalniane są enzymy:

• hialuronidaza - umożliwia przechodzenie plemnika przez wieniec promienisty

• enzymy trypsynogenne - przetrawiają przejście w osłonce przezroczystej

• akrozyna - również pomagająca sforsować osłonkę przezroczystą.

Zapłodnienie- faza I: przenikanie plemnika przez wieniec promienisty

W procesie tym biorą udział wszystkie plemniki, które dostały się do dróg rodnych samicy. Sforsowanie wieńca promienistego jest sumą działań hialuronidazy, enzymów nasienia i enzymów błony śluzowej macicy.

Zapłodnienie - faza II: przenikanie plemników przez osłonkę przejrzystą

Odbywa się za pomocą enzymów uwalnianych z wewnętrznej błony akrosomalnej. Plemnik po zetknięciu z błoną przejrzystą zostaje z nią silnie związany i szybko przez nią przenika. Zetknięcie głowy plemnika z osłonką powoduje: uwalnianie enzymów lizosomalnych zmieniających właściwości osłonki oraz aktywację receptorów dla plemników. W procesie tym bierze również udział cytoszkielet - filamenty aktynowe. Pomimo, że w osłonce może znajdować się wiele plemników tylko jeden ma szansę wniknąć do oocytu.

Zapłodnienie - faza III: zlewanie się błony komórkowej ooocytu i plemnika

Po zetknięciu plemnika z oocytem dochodzi do fuzji błon komórkowych. Fuzja zachodzi pomiędzy błoną oocytu i błoną otaczającą tylną część główki plemnika. Główka i witka wchodzą zazwyczaj do cytoplazmy oocytu a błona zostaje na powierzchni. Wniknięcie plemnika powoduje wystąpienie trzech reakcji:

Reakcja korowa i reakcja osłony

W wyniku uwolnienia zawartości ziaren korowych oocytu zawierających enzymy lizosomalne : - błona oocytu staje się nieprzepuszczalna dla plemików, - osłonka przejrzysta zmienia swoją budowę i skład (polega to na usunięciu swoistych receptorów dla plemników, co zapobiega polispermii).

Zakończenie drugiego podziału mejotycznego oocytu

Owocyt kończy drugi podział - w jego wyniku powstaje ootyda i II ciałko kierunkowe. Chromosomy ootydy znajdują się w pęcherzykowatym jądrze zwanym przedjądrzem żeńskim.

Aktywacja metaboliczna komórki jajowej

Czynnik aktywujący jest dostarczany przez plemnik. Plemnik przesuwa się w głąb jaja, jądro pęcznieje i tworzy przedjądrze męskie, natomiast witka plemnika wyrodnieje. Oba przedjądrza łączą się i tracą otoczkę jądrową. Następuje replikacja DNA, tworzy się wrzeciono kariokinetyczne i następuje pierwszy podział mitotyczny zygoty - tworzy się pierwsza bruzda podziałowa.

Najważniejsze skutki zapłodnienia to:

• diploidalna liczba chromosomów (pochodzących w połowie od matki i w połowie od ojca)

• determinacja płci nowego osobnika (plemnik zawierający chromosom X powoduje powstanie osobnika żeńskiego, natomiast chromosom Y osobnika męskiego)

• zapoczątkowanie bruzdkowania.

Rozwój zarodkowy

Obejmuje on proces bruzdkowania, gastrulację, tworzenie się narządów pierwotnych i organogenezę. Rozwój ssaków dzieli się na okres zarodkowy i okres płodowy.

• okres zarodkowy - trwa od zapłodnienia do zaawansowanej organogenezy, jego przebieg jest u wszystkich ssaków podobny, zarodki różnych gatunków zwierząt nie różnią się istotnie między sobą zarówno pod względem wyglądu jak i procesów, które w nich zachodzą. (Podział ten nie jest jednoznaczny, część autorów liczy okres zarodkowy dopiero od etapu trzech listków zarodkowych.)

• okres płodowy - rozpoczyna się wówczas, gdy ujawnią się morfologiczne cechy gatunkowe i płciowe (zazwyczaj następuje to około końca pierwszego trymestru ciąży).

Długość okresu zarodkowego i płodowego jest cechą gatunkową i zależy głównie od długości ciąży. W rozwoju zarodkowym ssaków wyróżniamy również okres przedimplantacyjny i okres postimplantacyjny.

Bruzdkowanie

W czasie trwania tego procesu zachodzą nie tylko proste podziały komórkowe (jak pierwotnie sądzono), ale również przemiany morfogenetyczne. Termin „bruzdkowanie” jest terminem historycznym i nie oddaje w pełni charakteru procesów zachodzących na tym etapie życia zarodka.

Proces ten ma kilka charakterystycznych cech: nie następuje wzrost zarodka, nie następuje zasadnicza zmiana kształtu ( zachowana jest osłonka przezroczysta), nie następują istotne zmiany chemiczne.

U ssaków blastomery powstające w wyniku bruzdkowania są potencjalnie równe ( u zwierząt niższych różne). Zmieniają się natomiast pewne cechy ich budowy ultrastrukturalnej oraz właściwości cytoplazmy, co zapoczątkowuje proces różnicowania. Zmienia się stosunek jądrowo - cytoplazmatyczny, który z niekorzystnego dla jądra powoli w miarę podziałów zbliża się do charakterystycznego dla komórek somatycznych (u jeżowca z 1:500 na początku procesu do 1:6 na jego końcu).

Przebieg bruzdkowania generalnie zależy od budowy jaja i jego organizacji wewnętrznej. W znacznym stopniu o jego przebiegu decyduje ilość i rozmieszczenie materiału zapasowego. Generalnie w jajach ubogich w żółtko i o średniej zawartości materiałów zapasowych bruzdkowanie jest całkowite, natomiast w bogatych w żółtko częściowe. Inne cechy bruzdkowania to bruzdkowanie - równomierne i nierównomierne, synchroniczne i asynchroniczne, zdeterminowane i niezdeterminowane.

Bruzdkowanie całkowite - bruzdkowanie tego typu występuje u większości łożyskowców. Charakteryzuje się olbrzymia różnorodnością i trudno je zaliczyć do określonej kategorii. Jest ono zazwyczaj nieregularne i niesynchroniczne.

Morula - po 3 lub czterech kolejnych podziałach rozwijający się zarodek upodabnia się swoim wyglądem do owocu morwy i jest określany mianem moruli. Zarodek ssaków osiąga stadium moruli około trzeciego dnia po zapłodnieniu. W tym okresie morula składa się z komórek wewnętrznych, mniejszych położonych w jej środku, z których powstają tkanki zarodka oraz z komórek zewnętrznych, większych, z których powstaje trofoblast wchodzący w przyszłości w skład łożyska. Komórki zewnętrzne rozpłaszczają się we wszystkich kierunkach dookoła wewnętrznej masy komórkowej. W tym czasie morula przesuwa się w kierunku macicy.

Blastocysta - małe komórki dzielą się, przez co zwiększa się ich liczba, produkują płyn. Dodatkowo przez osłonkę przejrzystą przenika płyn z dróg rodnych. Stopniowo wypełnione płynem przestrzenie zlewają się i tworzą ostatecznie jamę określaną mianem jamy blastuli. Komórki wewnętrzne oddzielają się na większości powierzchni od komórek zewnętrznych, tworzą grupę przylegającą do nich tylko na jednym biegunie zwaną embrioblastem lub węzłem zarodkowym. W tym okresie zarodek nosi nazwę blastuli lub blastocysty. W tym czasie komórki trofoblastu rozpłaszczają się i tworzą nabłonkową ścianę blastuli. Jama powstająca w blastocyście nie bierze udziału w powstawaniu ciała zarodka. Zanik osłonki przejrzystej, który następuje na tym etapie rozwoju, umożliwia rozpoczęcie implantacji zarodka i kończy proces bruzdkowania. U większości ssaków proces ten trwa od 5-7 dni.

Gastrulacja

Proces wyróżnicowywania się listków zarodkowych oraz tworzenia się narządów pierwotnych nazywamy gastrulacją.

Ogólne mechanizmy gastrulacji:

1. tworzenie się listków zarodkowych, powstawanie narządów pierwotnych oraz formowanie się następnie narządów ostatecznych wymaga przemieszczania się komórek,

2. komórki mogą poruszać się grupami lub pojedynczo ( częściej poruszają się grupami, przykładem migracji pojedynczych komórek jest wędrówka komórek pochodzących z grzebieni nerwowych),

3. Warunki umożliwiające migrację to:

- zanik adhezji komórkowej (pomiędzy grupami komórek lub pomiędzy pojedynczymi komórkami; w przypadku migracji grupowej silna adhezja pomiędzy komórkami w grupie),

- wewnętrzna kompetencja komórek do migracji i aktywacji ruchu,

- odpowiednia przestrzeń dostępna do migracji (przestrzenie wypełnione macierzą, która pęcznieje i poszerza te przestrzenie),

- odpowiednie podłoże do migracji.

Czynniki wpływające na migrację:

- trzy składniki macierzy pozakomórkowej odgrywają zasadniczą rolę w procesach migracji - kwas hialuronowy - poszerza przestrzenie, ułatwia migrację, siarczan chondroityny - utrudnia migrację, wersykan - odpowiada za wiązanie, adhezję komórek,

• presja populacji - odgrywa zasadniczą rolę w procesie migracji, powstające komórki spychane są na obwód,

• podłoże migracji - sąsiednie komórki, błony podstawne oraz fibryle białkowe macierzy poza komórkowej (w tym głównie fibronektyna - białko włókienkowe) umożliwiające przyczepianie wypustek).

Wynikiem przemieszczania się grup komórek są zmiany poszczególnych regionów zarodka - wklęśnięcie, zawinięcie, rozwarstwienie - tzw. gastrulacja kombinowana charakterystyczna dla ssaków.

Indukcja embriologiczna - leży ona u podstaw różnicowania się komórek w czasie rozwoju zarodkowego. Pomimo bardzo intensywnych badań prowadzonych nad tym zagadnieniem, mechanizmy tego procesu nie do końca zostały poznane.

Termin ten został zdefiniowany przez Nieukoop (embriologa holenderskiego, badacza tego zagadnienia) „Indukcja embrionalna jest to wzajemne oddziaływanie na siebie, czyli interakcja różnych części zarodka (organizmu) powodująca utworzenie się nowego szlaku rozwojowego w jednej lub obu reagujących częściach”.

Indukcja embriologiczna zachodzi kaskadowo - rozpoczyna się na dużych obszarach, obejmuje coraz mniejsze i bardziej wyspecjalizowane. Kolejność zdarzeń, kolejność indukcji jest zaprogramowana i jakiekolwiek naruszenie tego procesu prowadzi do zaburzeń rozwojowych. Czynniki indukujące są wytwarzane zazwyczaj przez krótki ściśle określony okres czasu i podobnie odbierane. Wydzielane lub odbierane w innym okresie mogą powodować zupełnie inne zmiany. Czynniki indukcji pierwotnej u ssaków są w dalszym ciągu mało poznane, natomiast więcej wiadomo na temat indukcji drugorzędowej np. somitów, mięśni, kończyn.

Czas gastrulacji - u większości ssaków zarodki docierają do macicy w stadium blastocysty. Blastocysta zatrzymuje się tutaj w swojej wędrówce i wchodzi w kontakt z błoną śluzową (endometrium) macicy. Od tego momentu zaczynają się procesy gastrulacji, intensyfikują się procesy morfogenetyczne, wzmaga się zapotrzebowanie zarodka na substancje odżywcze oraz powstaje konieczność usuwania z zarodka produktów przemiany materii. W celu zapewnienia warunków dla dalszego rozwoju zarodka, konieczny jest jego kontakt z krwią matki, czyli powstanie łożyska. Pierwszym etapem tego procesu jest implantacja, która dzieli się na trzy podstawowe etapy - przyczepianie się, zagnieżdżanie i następnie tworzenie łożyska. W tym okresie następuje proces gastrulacji.

W przypadku ssaków gastrulacja przebiega dwuetapowo:

I etap - komórki węzła zarodkowego wytwarzają dwie warstwy:

hipoblast - warstwa małych sześciennych komórek sąsiadujących z jamą
blastocysty

epiblast - warstwa wysokich komórek sąsiadujących z trofoblastem.

W jednym miejscu hipoblast jest szczególnie gruby i wyznacza przednią okolicę zarodka. Komórki brzeżne hipoblastu rozprzestrzeniają się wzdłuż wewnętrznej powierzchni trofoblastu i wraz z nim tworzą zewnątrz - zarodkową jamę ciała czyli pęcherzyk żółtkowy pierwotny.

II etap - wytwarzanie listków zarodkowych i narządów pierwotnych

• w epiblaście pojawia się: smuga pierwotna - komórki epiblastu wędrują od tyłu epiblastu do przodu, smuga początkowo nieregularna wydłuża się w kierunku głowowym, pojawia się w niej zagłębienie - rowek pierwotny i rozszerzenie w przedniej części - węzeł pierwotny zwany węzłem Hansena. Po wytworzeniu smugi zarodek przybiera kształt wydłużony. Od węzła w osi smugi pierwotnej wyrasta do przodu taśmowate skupienie komórek - zwane przedłużeniem głowowym, W obrębie węzła znajduje się dołek pierwotny - zwany pragębiem. Zagłębienie to u większości ssaków wydłuża się w kanał stanowiący materiał na strunę grzbietową. Kolejno do wnętrza blastocysty wędrują komórki stanowiące materiał najpierw na płytkę przedstrunową, następnie na strunę grzbietową. Komórki epiblastu wędrują w kierunku smugi pierwotnej, po dotarciu do niej przybierają butelkowaty kształt, odłączają się od epiblastu i wnikają pod epiblast (inwaginacja lub wklęśnięcie). Część komórek zajmuje miejsce hipoblastu tworząc endodermę zarodkową, a inne układają się między epiblastem a nowo powstałą endodermą i stanowią mezodermę. Komórki pozostałe w epiblaście tworzą ektodermę zarodkową. Epiblast u ssaków jest źródłem wszystkich listków zarodkowych.

Podział na część zarodkową i część pozazarodkową listków i jego uwarunkowania.

Proces przemieszczania się jest procesem uporządkowanym i prowadzi do powstania narządów pierwotnych. Narządy pierwotne powstają odrębnie z każdego listka zarodkowego. Z ektodermy - cewa nerwowa, z entodermy - cewa jelita pierwotnego, z mezodermy - struna grzbietowa, somity. Natomiast w trakcie tworzenie narządów ostatecznych - dochodzi do połączenia się elementów pochodzących z różnych listków zarodkowych.

Endoderma - wnikające komórki odpychają komórki hipoblastu (zostaje on ograniczony tylko do pęcherzyka żółtkowego). Rozprzestrzeniają się w płaską warstwę, która zwija się następnie w rynienkę i cewkę jelitową.

Mezoderma nie stanowi jednolitej warstwy i tworzy się w różnym czasie:

- mezoentoderma - wyodrębnia się w pierwszej kolejności, lokuje na przodzie
tarczki zarodkowej, długo jest niezróżnicowana, odgrywa następnie rolę w tworzeniu elementów głowy; po jej bokach znajdują się grupy komórek mezodermy sercotwórczej,

• mezoderma osiowa - powstaje z niej struna grzbietowa i płytka podłogowa
  cewy nerwowej, które zostaną następnie rozdzielone błoną podstawną. Struna
  grzbietowa ma postać sztywnego pręta wyznaczającego oś przednio - tylną zarodka, wpływa na rozwój płytki i cewy nerwowej,

• mezoderma przyosiowa - komórki wnikające wzdłuż smugi pierwotnej i
  węzła układają się po obu stronach struny tworząc dwa równoległe pasma podzielone na somity,

- mezoderma boczna - tworzą ją komórki migrujące z tych samych terenów co poprzednie, ale w drugiej kolejności, dzieli się w trakcie rozwoju na dwa listki rozdzielone wtórną jamą ciała, (listek trzewny - splanchnopleura i listek ścienny - somatopleura)

- mezoderma pośrednia - łączy dwie poprzednie - podzielona jest na
segmentalne odcinki - nefrotomy, które dają początek narządom wydalniczym.

Ektoderma - powstaje z przedniej części epiblastu - różnicuje się na neuroektodermę i epidermę naskórkową. Epiderma nasuwa się na cały zarodek i łączy się z ektodermą pozazarodkową.

Tkanki i narządy pochodzące z ektodermy

Z ektodermalnego listka zarodkowego powstają te narządy i struktury, które służą do utrzymywania kontaktu ze światem zewnętrznym:

• ośrodkowy układ nerwowy

• obwodowy układ nerwowy

• nabłonek zmysłowy oka, ucha i nosa

• naskórek z włosami, kopytami, pazurami, racicami

• gruczoły potowe, łojowe, mlekowy, przysadka, szkliwo.

Pierwszym procesem jest neurulacja czyli powstawanie osiowych elementów układu nerwowego. Pozostała część płytki ektodermalnej, która nie wzięła udziału w wytwarzaniu cewy jest materiałem do rozwoju naskórka i jego wytworów. (Bodźcem do rozwoju cewy nerwowej jest utworzenie struny grzbietowej.)

Tkanki i narządy pochodzące z mezodermalnego listka zarodkowego

Z mezodermy rozwijają się następujące tkanki i narządy:

• tkanki podporowe tzn. tkanki łączne wraz z chrząstką i kością

• mięśnie gładkie i mięśnie poprzecznie prążkowane

• komórki krwi i limfy oraz ściana serca, naczyń krwionośnych i naczyń limfatycznych
  nerki i gonady wraz z należącymi do nich przewodami

• kora nadnerczy i śledziona

Proces powstawania i różnicowania się mezodermy przedstawia się następująco:

• komórki mezodermalne tworzą cienką warstwę luźno ułożonych komórek po obu stronach linii pośrodkowej; komórki położone w pobliżu tej linii zaczynają się intensywnie rozmnażać i tworzą zgrubiałą płytkę zwaną mezodermą przyosiową

• od strony bocznej mezoderma pozostaje w postaci cienkiej płyty - mezoderma boczna

• mezoderma boczna dzieli się następnie na mezodermę ścienną i trzewną (mezoderma ścienna łączy się z ektodermą pokrywającą owodnię i z entodermą pokrywającą pęcherzyk żółtkowy),

• pomiędzy tymi dwoma listkami tworzy się wewnątrzzarodkowa jama ciała

• pomiędzy mezoderma przyosiową i boczną wytwarza się mezoderma pośrodkowa.

Różnicowanie się mezodermy przyosiowej:

• mezoderma zaczyna organizować się w segmenty (ok. 1/12 okresu trwania ciąży),

• w okolicy głowy pojawiają się somitery (są one źródłem większości
  mezenchymy głowy),

• następnie kolejno w kierunku doogonowym somity po 2-3 dziennie, ostatecznie jest
  ich około 40,

• somity podlegają następnie zróżnicowaniu.
  Różnicowanie somitów:

• komórki brzusznej i przyśrodkowej ściany somitu rozluźniają się, otaczają one strunę
  grzbietową a następnie cewę nerwową - tworzą one sklerotom (początkowo jest to
  luźne utkanie mezenchymatyczne), z którego powstanie następnie kręgosłup,

• grzbietowa część somitu zwana dermamiotomem różnicuje się następnie na
  dermatom i miotom

• komórki dermatomu rozprzestrzeniają się pod leżącą nad nimi ektodermą -
  wytwarzają skórę właściwą i tkankę podskórną

• z miotomu wytwarzają się mięśnie ( powstające narządy podobnie jak somity mają
  początkowo budowę segmentową)

Różnicowanie mezodermy pośrodkowej (różnicuje się ona zupełnie odmiennie niż somity):

• w regionie szyi i górnym odcinku piersiowym powstają ułożone w segmenty grupy
  komórek, z których powstają nefrotomy,

• bardziej doogonowo wytwarza się z niej niesegmentowane pasmo nerkotwórcze,

• 
  z obu części rozwijają się następnie kolejne formy układu wydzielniczego.

Różnicowanie mezodermy bocznej:

• powstaje z niej mezoderma ścienna i trzewna, które ograniczają wewnątrzzarodkową jamę ciała,

• mezoderma ścienna wraz z leżącą nad nią ektodermą wytworzy brzuszną i boczną ścianę tułowia

• z mezodermy trzewnej wraz z endodermą wewnątrzzarodkową powstanie ściana
  przewodu pokarmowego

• z komórek zwróconych do powierzeni jamy ciała wytworzy się cienka błona
  surowicza wyściełająca jamę otrzewnej, opłucnej i osierdzia

Krew i naczynia krwionośne

Na samym początku różnicowania się mezodermy w obrębie mezodermy trzewnej
pokrywającej ścianę pęcherzyka żółtkowego różnicują się komórki krwiotwórcze i
komórki naczyń. Komórki zawiązków naczyń - angioblasty tworzą skupienia, które następnie ulegają kanalizacji. Z komórek zlokalizowanych w środku powstają następnie pierwotne komórki krwiotwórcza, natomiast komórki zewnętrzne wytwarzają komórki śródbłonka naczyń. Wyspy krwiotwórcze łączą się ze sobą i wytwarzają naczynia oraz cewę sercową. Wytwarzanie krążenia zarodkowego i pozazarodkowego jest identyczne.

Tkanki i narządy powstałe z endodermałnego listka zarodkowego

Z endodermy rozwijają się:

• przewód pokarmowy

• nabłonkowa wyściółka dróg oddechowych

• miąższ tarczycy, gruczołów przytarczycznych, wątroby i trzustki

• zrąb migdałków i grasicy

• nabłonek pęcherza i cewki moczowej

• Główną strukturą wywodzącą się z endodermy jest przewód pokarmowy. Jego formowanie jest związane z powstawaniem fałdów zarodka w kierunku głowowo-ogonowym (szybkie wydłużanie CUN) i bocznych (gwałtowny wzrost somitów). Powstawanie cewy pokarmowej jest procesem biernym polegającym na włączeniu części wysłanego endodermą pęcherzyka żółtkowego w obręb ciała zarodka. Powstawanie fałdów powoduje zwężenie szerokiego połączenia między zarodkiem i pęcherzykiem i powstanie przewodu żółtkowego. W czasie tworzenia fałdowania głowowo-ogonowego coraz większa część jamy pęcherzyka jest włączona w ciało zarodka tworzy się jelito tylne, przednie i środkowe, które łączy się z pęcherzykiem żółtkowym przewodem pępkowo-jelitowym. Jelito jest zamknięte w części przedniej (błona gębowo-gardłowa) i tylnej (błona stekowa). Rozwój fałdów bocznych prowadzi do stopniowego zrośnięcia przewodu oraz zanik połączenia układu pokarmowego z jamą ciała zewnątrzzarodkową.

Powstawanie błon płodowych

Proces gastrulacji zbiega się u ssaków z okresem implantacji i wytworzeniem łożyska. Materiał komórkowy dzieli się na dwie zasadnicze części - jedną , która daje początek ciału zarodka i drugą zwaną pozazarodkową, z której tworzą się błony płodowe. W rozwoju ssaków podobnie jak w rozwoju ptaków i gadów powstają cztery błony płodowe - pęcherzyk żółtkowy, owodnia, kosmówka i omocznia.

Funkcje błon płodowych to:

• ochrona zarodka przed wpływami środowiska zewnętrznego,

• stworzenie płynnego środowiska rozwoju,

• pośrednictwo pomiędzy organizmem matki i płodu w odżywianiu, oddychaniu i wydalaniu

• gromadzenie końcowych produktów przemiany materii

Błony płodowe u ssaków wraz z błoną śluzową macicy tworzą łożysko. Błony płodowe ssaków i ptaków wykazują duże podobieństwo.

Pęcherzyk żółtkowy (saccus vitellinus)

Wytwarza się jako pierwsza błona. Pierwotny pęcherzyk powstaje z chwilą gdy hipoblast oddziela się od epiblastu i obrasta od środka trofoblast. Hipoblast pierwotnego pęcherzyka żółtkowego stanowi endodermę pozazarodkową. Między trofoblast a endodermę pozazarodkową wrasta następnie mezoderma pozazarodkowa. Następnie mezoderma rozwarstwia się na dwa listki, pomiędzy którymi powstaje jama. Blaszka zewnętrzna (ścienna) mezodermy rozrasta się pod trofoblastem i wraz z nim tworzy kosmówkę. Blaszka wewnętrzna (trzewna) przylega do endodermy pozazarodkowej i wraz z nią tworzy ścianę pęcherzyka żółtkowego ostatecznego.

Pęcherzyk żółtkowy oddziela się od tarczki zarodkowej równocześnie z zamykaniem się cewki jelitowej. Z chwilą zetknięcia się endodermy z mezodermą, w ścianie pęcherzyka zaczyna wytwarzać się krążenie żółtkowe.

Pęcherzyk żółtkowy jest u ssaków narządem szczątkowym. Jego losy są bardzo różne u poszczególnych gatunków. U jednych zanika, u innych np. u klaczy wchodzi w skład łożyska i wraz z kosmówką tworzy łożysko żółtkow - kosmówkowe.

Owodnia (amnion)

Jest błoną bezpośrednio okrywającą zarodek. Przestrzeń pomiędzy nią a zarodkiem stanowi jama owodni wypełnia płyn owodniowy. Mechanizm tworzenia owodni jest różny. U większości gatunków odbywa się przez fałdowanie. Na granicy zarodka i części pozazarodkowej tworzą się fałdy, które stopniowo przykrywają cały zarodek. Fałdy te tworzone są przez ektodermę pozazarodkową i rozprzestrzeniającą się wzdłuż niej mezodermę pozazarodkową (listek ścienny). Stopniowo fałdy te ulegają zrośnięciu. Moment zrośnięcia jest równoznaczny z wytworzeniem dwóch błon płodowych - owodni (najbardziej wewnętrznej) i kosmówki (najbardziej zewnętrznej). Owodnia, idąc od środka, zbudowana jest z ektodermy pozazarodkowej i mezodermy pozazarodkowej (listka ściennego). Innym mechanizmem powstawania owodni jest rozstęp (człowiek, nietoperz).

Owodnia jest błoną nieunaczynioną. Komórki nabłonka ektodermalnego charakteryzują się licznymi mikrokosmkami i porami międzykomórkowymi. Nabłonek oparty jest na błonie podstawnej z licznymi włóknami siateczkowatymi przechodzącymi w tkankę mezenchymalną. W tkance tej znajdują się liczne włókna kolagenowe, co zapewnia znaczną wytrzymałość owodni. Liczba włókien zwiększa się wraz z ciężarem płodu. Płyn owodni jest ciągle wymieniany, odnawiany i oczyszczany.

Kosmówka (chorion)

Powstaje jednocześnie z owodnią. Jest najbardziej zewnętrzną błoną płodową. Zbudowana od zewnątrz z trofoblastu czyli ektodermy pozazarodkowej, a od wewnątrz z mezodermy pozazarodkowej listka ściennego. Kosmówka od innych błon płodowych jest oddzielona jamą kosmówki. Na powierzchni kosmówki tworzą się charakterystyczne fałdy i wyniosłości zwane kosmkami, od których powstała nazwa błony. Kosmki wchodzą w bezpośredni kontakt z błoną śluzową macicy. Kosmki mogą być równomiernie rozproszone na całej powierzchni kosmówki lub ich występowanie może być ograniczone do określonego obszaru tzw. kosmówka kosmata a reszta kosmówki jest gładka. Sama kosmówka nie wytwarza naczyń krwionośnych. Wrastają one do kosmówki z pęcherzyka żółtkowego lub z omoczni. Mezoderma kosmówki, podobnie jak w przypadku owodni, przekształca się w mezenchymę. Kosmówka zazwyczaj na dużej przestrzeni zrasta się z omocznią.

Omocznia (allantois)

Wykształca się najpóźniej ze wszystkich błon płodowych. Powstaje z uwypuklenia tylnego odcinka jelita pierwotnego do pozazarodkowej jamy ciała (jamy kosmówki). Z endodermy jelita tworzy się zachyłek pokryty blaszką trzewną mezodermy pozazarodkowej. W miejscu zetknięcia się endodermy z mezodermą powstają wyspy krwiotwórcze, które dają początek unaczynieniu. Z czasem wytwarza się krążenie omoczniowe, które następnie staje się krążeniem łożyskowym. Główna rola omoczni u ssaków to dostarczanie naczyń krwionośnych do kosmówki a tym samym do łożyska. U wielu gatunków zwierząt, w tym również domowych, omocznia jest związana z wydalaniem produktów przemiany materii płodu. Dzieje się to głównie u tych gatunków, u których dobrze funkcjonuje pranercze (jako nerka płodu). W takim przypadku omocznia jest silnie rozwinięta i spełnia rolę magazynu produktów przemiany materii.

6

---