Біологія. 11 клас. Балан

§ 22. Особливості ембріонального розвитку людини. Ембріотехнології

Аби краще засвоїти матеріал цього параграфа, слід пригадати: що таке ВІЛ та СНІД? Що таке плацента та які її функції? Що таке бластоциста? Яке захворювання людини спричиняє токсоплазма? Яких тварин називають гельмінтами? Які гормони виділяють ендокринні залози людини? Що таке гуморальна регуляція функцій організму? Як здійснюють клонування? Які особливості стовбурових клітин? У чому полягає явище ембріональної індукції?

Які особливості ембріонального розвитку людини?

В ембріогенезі людини виділяють три послідовні періоди: початковий, зародковий і плодовий. Початковий період триває перший тиждень ембріонального розвитку. Перший мітотичний поділ зиготи закінчується приблизно через 30 годин після запліднення. Через три доби формується купка з 12-16 щільно прилеглих один до одного бластомерів - морула. Для людини, як і для інших плацентарних ссавців, характерне повне рівномірне дроблення. Бластомери забезпечують обмін речовин між зародком і материнським організмом, беруть участь у вростанні зародка в стінку матки та формуванні плаценти, слугують для забезпечення гістогенезу та органогенезу. Починаючи з четвертої доби після запліднення виникає бластоциста.

Зародковий період триває від початку другого і до закінчення восьмого тижня вагітності. У цей час ембріон живиться переважно секретами залозистих клітин стінки матки. На початку другого тижня розпочинається гаструляція, на третьому - розвиток осьових органів (хорда та нервова трубка) і мозку. Загалом до закінчення восьмого тижня формуються всі органи, системи органів та позазародкові оболонки, тобто загалом завершуються основні події гістогенезу та органогенезу.

Мал. 22.1. Стадії ембріонального розвитку людини: І - зародок (1) із жовтковим мішком (2): зверніть увагу на зяброві щілини та довгий хвіст, а також закладання кінцівок; утворюється плацента (3), де переплітаються кровоносні судини матері та зародка; II - плід (1) (зверніть увагу на добре розвинену плаценту (2) та пуповину (3))

Плодовий період починається з дев’ятого тижня вагітності та завершується народженням. Зародок на цій стадії називають плодом. У цей час плід посилено росте і живиться за допомогою плаценти. Плацента досягає максимального розвитку наприкінці п’ятого місяця зародкового розвитку: її діаметр становить 15-25 см, а маса - 500-600 г. Як ви пам’ятаєте, через плаценту плід отримує від материнського організму поживні речовини і кисень, виводить кінцеві продукти метаболізму та вуглекислий газ. Крім того, плацента захищає плід від проникнення токсичних речовин і більшості хвороботворних мікроорганізмів. Однак через плаценту можуть проникати деякі віруси (наприклад, ВІЛ), бактерії (збудники сифілісу тощо), одноклітинні (токсоплазма та ін.) та багатоклітинні (різні види гельмінтів) паразитичні тварини. В клітинах плаценти синтезуються певні вітаміни та гормони. До середини внутрішньої поверхні плаценти приєднаний пупковий канатик, або пуповина (мал. 22.1), який забезпечує зв’язок з нею зародка. Всередині він заповнений зародковою сполучною тканиною з невеликою кількістю клітин, там проходять дві пупкові артерії та пупкова вена, які закінчуються системою капілярів. Кров матері та плоду не змішується; обмін речовинами відбувається через системи капілярів у плаценті. Артерії відводять венозну кров від плаценти до організму матері, а пупкова вена приносить до плоду через плаценту артеріальну кров з поживними речовинами.

Наприкінці другого місяця довжина плоду зростає до 20-25 мм, причому майже половина тіла припадає на голову; формуються риси обличчя, повіки, ніс, губи, очні западини, кінцівки, розпрямляється спина. Наприкінці третього місяця розвиваються пальці, довжина плоду становить 6-9 см, а маса - до 40 г, а наприкінці четвертого - відповідно 16-20 см та 120 г (мал. 22.2). Упродовж шостого та сьомого місяців тривають ріст і збільшення маси: тіло досягає 40 см завдовжки, маса - 1000 г. На п’ятому місяці плід починає рухатись, що добре відчуває мати. З початку останнього, дев’ятого місяця вагітності остаточно встановлюються пропорції плоду, його голова вкривається волоссям. Перед пологами (38-40-й тиждень зародкового розвитку) доношений плід 45-60 см завдовжки при масі 2,5-4 кг. У нього функціонують смакові, тактильні та температурні рецептори, а органи слуху та зору ще не повністю розвинені. Наприкінці вагітності різко зростає рухова активність плоду. Під час пологів дитина рефлекторно повертає голову та тулуб, відштовхуючись ногами від дна матки.

Мал. 22.2. Зародок людини у віці: 1 - чотири тижні; 2 - сім тижнів; 3 - три місяці; 4 - п’ять місяців

Зародковий розвиток регулюють біологічно активні речовини. Із четвертого тижня вагітності відбувається розвиток імунної системи, зокрема закладається вилочкова залоза (тимус); на дев’ятому тижні починається синтез гонадотропних гормонів (що впливають на розвиток статевих залоз); з 11-го тижня у крові присутній гормон щитоподібної залози - тироксин; на 15-16-й тиждень різко зростає синтез гормону росту, а на 26-й - закінчується формування гіпофіза. Лімфатичні вузли утворюються починаючи з четвертого місяця вагітності, однак здатність виробляти антитіла з’являється лише після народження.

Органами кровотворення плоду спочатку є печінка та селезінка; наприкінці вагітності основним місцем утворення еритроцитів та інших клітин крові стає червоний кістковий мозок.

Які критичні періоди розвитку зародка?

Зародок людини найбільш чутливий до негативних впливів на 7-8-му днях ембріогенезу, коли він занурюється у слизову стінки матки (перший критичний період). Другий критичний період - це час розвитку плаценти (3-10-й тиждень зародкового розвитку, який збігається з періодом формування зачатків органів). В останні два місяці зростає ризик передчасних пологів.

Негативні впливи, зокрема вживання майбутньою матір’ю наркотиків, алкоголю, певних лікарських препаратів, куріння тютюну, іонізуюче випромінювання, певні харчові продукти тощо можуть призвести до порушень ембріогенезу.

Як діагностують вади розвитку та здійснюють їхню корекцію?

Профілактикою захворювань і виникнення вад розвитку плоду є охорона та нормальний перебіг вагітності. Необхідну інформацію можна отримати під час обстеження самого плоду або стану вагітної жінки.

Для безпосереднього дослідження плоду часто застосовують ультразвукові хвилі (ультразвукову діагностику - УЗД та ультразвукове обстеження - УЗО). Зокрема, так можна встановити положення, масу та розміри плоду, виявити порушення його розвитку, серцевої діяльності тощо. Для виявлення спадкових вад і захворювань зародка проводять біохімічні та цитогенетичні дослідження (наведіть приклади).

У крові матері за допомогою імунологічних і біохімічних методів визначають кількість та види антитіл, вміст гормонів, ферментів, цукрів тощо. Крім того, досліджують матково-плацентарний кровообіг. Зокрема, мають бути усунені чинники, які негативно впливають на ембріональний розвиток, попередження вроджених патологій, зниження смертності плодів і новонароджених.

Основною умовою нормальних зачаття та вагітності є міцне здоров’я батьків і відсутність у них генетичних вад. Як ви пригадуєте, для профілактики народження дітей з генетичними захворюваннями та вадами існує медико-генетичне консультування. Крім того, майбутня мати повинна пройти обстеження лікарями різних спеціальностей (терапевтами, гінекологами тощо). Вона має проходити систематичне профілактичне спостереження в жіночій консультації.

Інколи люди, які бажають мати дитину, не можуть здійснити зачаття або самостійно виносити плід (унаслідок вроджених вад, перенесених захворювань, травм тощо). Вихід із цієї ситуації - штучне запліднення.

Що таке штучне запліднення?

Штучне запліднення (мал. 22.3) застосовують у разі безпліддя одного чи обох майбутніх батьків. Найчастіше для цього використовують власну сперму чоловіка; якщо ж його сперматозоїди нежиттєздатні, то сперму беруть у донора. Законним батьком дитини завжди вважають чоловіка вагітної жінки, а донор не має жодних юридичних прав щодо біологічного нащадка. Як донорів обирають фізіологічно здорових чоловіків без спадкових вад. Уперше методику штучного запліднення застосували 1976 року у Великій Британії.

Складніше виконати запліднення яйцеклітини поза організмом жінки («у пробірці»). Для цього з матки вилучають яйцеклітини, які певний час зберігають живими в ембріологічних лабораторіях. Сперму чоловіка або донора вносять у середовище з яйцеклітинами або сперматозоїд безпосередньо вводять у яйцеклітину (це підвищує ефективність запліднення). Після запліднення зародки кілька діб культивують на поживних середовищах, після чого повертають до матки. Там вони розвиваються до народження.

У житті людини бувають періоди, коли вагітність і народження дитини тимчасово небажані (навчання, тривалі відрядження, певні види захворювань тощо). У цей час для запобігання небажаній вагітності застосовують методи контрацепції.

Що таке контрацепція?

Контрацепція (від лат. контрацепціо — протизапліднення) - методи і засоби запобігання вагітності. Відповідно протизаплідні засоби називають контрацептивами. Методи контрацепції поділяють на механічні (презервативи, ковпачки, які одягають на шийку матки, тощо) та хімічні (наприклад, гормональні препарати, які регулюють менструальний цикл). Проте жодний з них нездатний забезпечити повну гарантію запобігання вагітності. Найбільш простим та ефективним методом контрацепції був і залишається презерватив - гумовий чохлик, який надівають на чоловічий статевий член. Його використання до того ж значно знижує ймовірність зараження ВІЛ та іншими захворюваннями, які передаються статевим шляхом.

Мал. 22.3. Штучне запліднення: А - за допомогою мікропіпетки сперматозоїд вводять у яйцеклітину; Б - штучне запліднення поза організмом жінки

Механізми контрацептивної дії гормональних препаратів досить різноманітні. Одні з них запобігають дозріванню і виходу яйцеклітин, інші - згущають слиз у жіночих статевих шляхах, який утворює пробку в отворі шийки матки, або змінюють слизову оболонку самої матки так, що запліднена яйцеклітина не зможе прикріпитися до неї.

Увага! Пам’ятайте, що тривале застосування гормональних контрацептивних препаратів може спричинити необоротні шкідливі зміни статевої та інших функцій жіночого організму.

Штучне запліднення є однією з галузей експериментальної ембріології - ембріотехнології.

Які досягнення ембріотехнологій?

Розвиток і застосування ембріотехнологій стали можливими з накопиченням та узагальненням даних про ембріогенез різних видів тварин і людини. Одним з напрямів експериментів є пересадження частин ембріонів різних організмів. Наприклад, до зародка качки пересадили частину зародка курки. Унаслідок певний час відбувався паралельний розвиток зародків обох видів в єдиному ембріоні.

Розроблено методики пересадження зародків свійських тварин. Для цього в самок вилучають зародки на стадії дроблення та утримують їх на поживних середовищах, де відбуваються початкові етапи зародкового розвитку. У цей час дослідники можуть втручатись у генетичну інформацію клітин. Згодом такі генетично змінені (модифіковані) зародки пересаджують до матки іншої тварини, де завершується ембріогенез. В Україні перші телята-трансплантанти із зародків великої рогатої худоби, вирощених поза організмом матері, одержано в 90-х роках XX сторіччя в Інституті тваринництва та Інституті розведення та генетики тварин Української академії аграрних наук (УААН).

Серед сучасних методів лікування широко застосовують пересадження стовбурових (мал. 22.4) та інших клітин і тканин. Отримані з пуповинної крові стовбурові ембріональні клітини застосовують для лікування білокрів’я, важких інфекційних захворювань і променевої хвороби. У травмовані ділянки головного чи спинного мозку вживлюють ембріональні нервові клітини. Успішно застосовують пересадження клітин і тканин для терапії деяких захворювань статевих, щитоподібної та вилочкової залоз тощо.

Мал. 22.4. Використання стовбурових клітин для лікування певних захворювань людини: 1 - культура стовбурових клітин, отриманих з навколоплідної рідини; 2 - стовбурова клітина; 3 - диференціація дочірніх клітин; 4 - генетично змінену молекулу ДНК вводять до стовбурової клітини

Важливе значення в галузі пересадження клітин та тканин відіграють методи їхнього замороження. Кріобіологія (від грец. кріос - холод та біологія) - галузь біологічної науки, яка досліджує структурно-функціональні властивості біологічних систем різних рівнів організації під час впливу на них низьких температур. Зокрема, в Інституті кріобіології та кріомедицини Національної академії наук України (НАНУ) розроблено методи тривалого зберігання за низьких температур соматичних і статевих клітин, тканин та ембріонів тварин, призначених для пересадження.

Ембріотехнології тісно пов’язані з методами генної та клітинної інженерії. Так, поєднання досягнень генної інженерії з експериментальною ембріологією дає змогу вводити до генома зародків гени різних видів. Встановлено, що введена в складі певного гена молекула ДНК може приєднатись до спадкового матеріалу зародка. Завдяки цьому вирощують тварин з ознаками, які при застосуванні традиційних методів селекції отримати неможливо. Наприклад, можна докорінно змінити склад молока великої рогатої худоби, надаючи йому нових властивостей.

Нові терміни та поняття. Ембріотехнології, контрацепція, кріобіологія.

Запитання для повторення: 1. На які послідовні етапи поділяють зародковий розвиток людини? Чим вони характеризуються? 2. Яка роль плаценти під час розвитку плоду? 3. У чому полягає профілактика захворювань і вад плоду? 4. З якою метою здійснюють штучне запліднення? 5. Які сучасні досягнення ембріотехнологій вам відомі?

Проблемне завдання. Поміркуйте, чому куріння тютюну, вживання алкоголю та наркотиків у молодому віці може негативно позначитись на майбутніх нащадках.