Ембріональний період (органогенез)

Від третього до восьмого тижня розвитку (ембріональний період) кожний з трьох зародкових листків — ектодерма, мезодерма і ендодерма — дає початок різноманіт­ним тканинам і органам.

Поява нотохорди і прехордіальної мезодерми індукує ектодерму до потовщення і утворення нервової пластинки. Клітини пластинки мають назву нейроектодерми, а індукція їх утворення є першою сходинкою процесу нейруляції. До кінця 3-го тижня латеральні краї нервової пластинки підвищуються і утворюють нервові складки, тим- часом як заглиблена середня ділянка формує нервову борозну. Нервові складки по­ступово наближаються одна до одної і зливаються по середній лінії (починаючи з п’ятого соміту - майбутньої шиї), утворюючи нервову трубку. До завершення злит­тя краніальний і каудальний кінці нервової трубки сполучаються з амніотичною порожниною за допомогою краніального та каудального нейропорів. Закриття крані­ального нейропора відбувається приблизно на 25-ту добу (18-20 сомітна стадія), а закриття каудального нейропора — на 27-му добу (25-та сомітна стадія). Тепер ней- руляція вважається завершеною, а центральна нервова система представлена спин­ним мозком і мозковими пухирцями.

Коли нервові складки зливаються, клітини латерального краю або гребеня нейро- ектодерми починають відокремлюватися від сусідніх. Ця клітинна популяція — нер­вовий гребінь — перетворюється з епітелію на мезенхіму в міру виходу нейроекто- дерми шляхом активної міграції та переміщення до нижчележачої мезодерми. Мезо­дерма — клітини, що походять з епібласта і позазародкових клітин, а мезенхіма — пухка сполучна тканина зародка, незалежно від походження. Клітини нервового гребеня дають початок різним тканинам.

------------------------------------- Похідні нервового гребеня----------------------------------------

Сполучна тканина і кістки обличчя та черепа

Черепні нервові вузли

С-клітини щитоподібної залози

Конотрункальна перегородка серця

Одонтобласти

Дерма обличчя і шиї

Спинномозкові ганглії

Симпатичний ланцюг і преаортальні ганглії

Парасимпатичні ганглії шлунково-кишкового тракту

Мозкова речовина надниркових залоз

Шванівські клітини

Гліальні клітини

Павутинна і м’яка мозкова оболонка

Меланоцити

До моменту закриття нервової трубки у головній ділянці ембріона з обох боків утворюються по два ектодермальних потовщення — вушні і кришталикові плакоди. Вушні плакоди шляхом інвагінації формують вушні пухирці, з яких розвиваються органи слуху і рівноваги, кришталикові плакоди також інвагінують і протягом п’я­того тижня з них утворюються кришталики очей.

Таким чином, ектодермальний зародковий листок (ектодерма) дає початок тим органам і структурам, які підтримують контакт із зовнішнім середовищем:

1) центральній нервовій системі;

2) периферичній нервовій системі;

3) сенсорному епітелію вуха, носа і ока;

4) шкірі, включаючи волосся і нігті;

5) гіпофізу, молочним і потовим залозам, емалі зубів.

Розвиток нервової пластинки (нейруляція) індукується інактивацією фактора росту ВМР-4. У краніальній ділянці інактивацію ВМР-4 спричинюють ногін, хор- дин і фолістатин, які продукуються відповідно первинним вузликом, нотохордою та прехордальною мезодермою. Інактивація ВМР-4 ділянок заднього і спинного мозку здійснюється під впливом Wnt3a та FGF. У разі відсутності інактивації фактора ВМР-4 вся ектодерма перетворюється на епідерміс, а мезодерма вентралізується з формуванням проміжної мезодерми і мезодерми бічних пластинок.

Важливими складовими мезодермального зародкового листка є приосьова, проміжна мезодерма, а також мезодерма бічної пластинки.

Приосьова мезодерма утворює сомітомери, які дають початок мезенхімі голови і перетворюються на соміти у потиличному і каудальному сегментах.

До початку четвертого тижня клітини, які утворюють вентральну і медіальну частини соміту, втрачають компактність розташування, стають поліморфними і зміщуються до нотохондри. Ці клітини одержали назву склеротома; вони утворю­ють зародкову сполучну тканину — мезенхіму. У подальшому вони оточують спин­ний мозок, формуючи хребетний стовп. Клітини дорсолатеральної частини соміту проліферують і мігрують вниз на вентральний бік зародка для утворення міотома. Дорзальна частина соміту утворює дерматом; разом ці шари одержали назву дермо- міотома. Міотоми, що мають сегментарну організацію, утворюють м’язи спини (епак- сіальна мускулатура), а дерматом поширюється під ектодермою і утворює дерму та підшкірну жирову клітковину. У подальшому кожен міотом і дерматом зберігають іннервацію того сегмента, з якого вони розвиваються.

Отже, соміти дають початок склеротому (кістки і хрящ), міотому (м’язова ткани­на) і дерматому (підшкірна жирова клітковина) — опорним тканинам тіла. Кожний міотом і дерматом має свій власний сегментарний нервовий компонент.

Сигнали про диференціацію сомітів надходять від оточуючих структур, у тому числі нотохорди, нервової трубки і епідермісу. Нотохорда і базальна частина нерво­вої трубки продукують Shh-фактор (sonig hedgehog), який індукує утворення склеро­тома. Wnt-протеїни дорзальної частини нервової трубки стимулюють дорзомедіаль- ну частину соміту до утворення гіпоксіальних м’язів кінцівок і стінки тіла. З медіо- дорзальної частини соміту під впливом нейротрофіну-3, який продукується дорзаль­ною частиною нервової трубки, розвивається дерма.

Проміжна мезодерма, яка тимчасово сполучає приосьову мезодерму з бічною пла­стинкою, диференціюється в сечостатеві структури. У шийній і верхній грудних ділянках вона утворює сегментарно розташовані кластери клітин — майбутні нефро- томи, а в каудальному напрямку — несегментовану масу тканини — нефрогенний тяж. З цієї частково сегментованої, частково несегментованої мезодерми розвива­ються видільні елементи сечової системи і гонади.

Мезодерма бічної пластинки розщеплюється на парієтальний і вісцеральний лист­ки, які, відповідно, вистеляють внутрішньозародкову порожнину і оточують органи. Парієтальна мезодерма разом з ектодермою, що її вкриває, утворюють черевну стінку тіла. Вісцеральна мезодерма та зародкова ендодерма формують стінку кишки. Кліти­ни парієтального листка мезодерми, який вистеляє внутрішньозародкову порожни­ну, утворюють тонкі мезотеліальні, або серозні оболонки, які продукують серозну рідину. Клітини вісцерального листка мезодерми формують серозні оболонки нав­коло кожного органа.

На початку третього тижня клітини вісцеральної мезодерми стінки, жовткового мішка диференціюються на клітини крові та кровоносних судин. Ці клітини — ангіо- бласти — утворюють ізольовані скупчення і тяжі (ангіогенні клітинні кластери), які поступово каналізуються при злитті міжклітинних щілин. Центральні клітини да­ють початок клітинам крові, а периферичні сплощуються і утворюють ендотелій кров’яних острівців. Кров’яні острівці наближаються один до одного при розрос­танні клітин ендотелію і, зливаючись, дають початок дрібним судинам. Первинні кров’яні клітини протягом ембріогенезу підлягають апоптозу (програмованій заги­белі клітин). Попередники клітин крові плода можуть походити з жовткового мішка або з дорзальної брижі. Ці клітини заселяють печінку — основний орган гемопоезу плода, а пізніше мігрують у кістковий мозок, де стають джерелом регенерації клітин крові у дорослому віці.

Отже, мезодерма також дає початок серцево-судинній системі (серцю, артеріям, венам, лімфатичним судинам, усім клітинам крові та лімфи), а також сечостатевій системі (ниркам, гонадам та їхнім протокам, за винятком сечового міхура).

Шлунково-кишковий тракт утворюється з ендодерми шляхом формування цефа- локаудальних і бічних складок ембріона. Передня частина ендодерми утворює перед­ню кишку, а задня — задню кишку, між котрими є середня кишка. Середня кишка тимчасово з’єднується з жовтковим мішком жовтковою пупково-брижовою прото­кою, яка поступово звужується і утворює жовткову протоку. Значно пізніше, після облітерації жовткової протоки, середня кишка втрачає зв’язок з вистеленою ендо­дермою порожниною і вільно лежить у черевній порожнині.

На краніальному кінці передня кишка спочатку закрита ектоендодермальною пе­регородкою — щічно-глотковою мембраною; вона відкривається на 4-му тижні і ут­ворюється сполучення між амніотичною порожниною і первинною кишкою. Задня кишка також спочатку закрита ектоендодермальною перегородкою — клоакальною мембраною і відкривається на 7-му тижні, утворюючи анус.

Важливим наслідком утворення головної, хвостової і бічної складок є часткове включення алантоїса в тіло ембріона, де він утворює клоаку. До початку 5-го тижня жовткова протока, алантоїс і пупкові судини обмежуються ділянкою пупкового кільця.

Отже, ендодермальний зародковий листок забезпечує розвиток епітеліальної вис- тілки шлунково-кишкового тракту, дихальних шляхів і сечового міхура. Він також утворює паренхіму щитоподібної, паращитоподібної та підшлункової залоз і печінки. Епітеліальна вистілка барабанної порожнини і слухової труби має також ендодер- мальне походження.

Становлення краніокаудальної ембріональної осі контролюється генами гомео­боксу. Ці гени, які збереглися від дрозофіли, представлені чотирма кластерами — HOXA, HOXB, НОХС і НОХД, локалізованими на чотирьох різних хромосомах. Гени, що містяться ближче до 3'-кінця хромосоми контролюють розвиток більш кра­ніальних структур, а гени, що містяться ближче до 5'-кінця хромосоми, регулюють диференціацію більш каудальних структур.

Внаслідок утворення органів і швидкого росту центральної нервової системи пер­винно плоский ембріональний диск починає згинатися в цефалокаудальному на­прямку, утворюючи головну і хвостову складки.

Клінічні кореляції. Вік ембріона визначають за величиною тім’яно-куприкового розміру (за даними УЗД), яку вимірюють від маківки черепа до середньої точки між верхівками сідниць (табл. 5.2). Збільшується розмір голови, утворюються кінцівки, обличчя, вуха, ніс та очі. На початку 5-го тижня з’являються зачатки передніх та задніх кінцівок, які мають веслоподібний вигляд. На дистальній частині зачатків з’являються чотири радіальні борозни, що відокремлюють п’ять трохи товщих діля­нок, позначаючи утворення пальців.

Таблиця 5.2

Співвідношення тім’яно-куприкового розміру та віку ембріона

Органогенез — критичний період розвит­ку ембріона. У період з 3-го по 8-й тиждень ембріогенезу формується більшість органів і систем організму, тому цей надзвичайно важливий і критичний період розвитку одержав назву періоду органогенезу. Клас­тери стовбурових клітин закладають осно­ви зачатка кожного органа, і ці процеси є надзвичайно чутливими до ушкоджуючої дії як внутрішніх, генетичних чинників, так і зовнішніх агресивних впливів навколишнь­ого середовища. Протягом періоду органо­генезу, особливо в 3-4 тиж ембріогенезу, виникає найбільша кількість природжених аномалій розвитку.