ROZWÓJ EMBRIONALNY I PŁODOWY: ETAPY I CHARAKTERYSTYKA TYDZIEŃ PO TYGODNIU - ANATOMIA I FIZJOLOGIA - 2025

Rozwój embrionalny i płodowy to proces, w którym całe osobniki powstają z komórek dwojga rodziców: ojca i matki; odpowiada wszystkim etapom, które następują po zapłodnieniu komórki jajowej przez plemnik, aż do narodzin.

Gałąź nauk medycznych odpowiedzialna za analizę tych procesów jest znana jako „ embriologia”, a jej badania rozpoczęły się mniej więcej w 1651 roku, kiedy naukowiec imieniem Harvey zdał sobie sprawę, że wszystkie osoby pochodzą z „jaja” .

Reprezentatywny schemat trzech trymestrów rozwoju ludzkiego płodu (Źródło: Mhuerth01 za Wikimedia Commons)

Jednak główny postęp w embriologii nastąpił dopiero w XIX wieku, kiedy pojawiły się ewolucyjne koncepcje Lamarcka i Darwina, ponieważ wcześniej nauka ta była wspierana przez „preformistyczne” idee wielu naukowców.

Zdaniem embriologów (naukowców zajmujących się embriologią) rozwój człowieka dzieli się na okres prenatalny i poporodowy, które, jak wskazują ich nazwy, występują odpowiednio przed i po urodzeniu.

Rozwój embrionalny i płodowy odpowiada okresowi prenatalnemu i jest to zestaw wydarzeń, w których zachodzą najbardziej drastyczne i najważniejsze zmiany w rozwoju, ponieważ zapłodniona komórka zwana zygotą przekształca się w niezwykle złożony organizm wielokomórkowy.

Stwierdzono, że najbardziej oczywiste lub widoczne zmiany zachodzą między trzecim a ósmym tygodniem okresu embrionalnego, podczas gdy w okresie rozwoju płodu następuje wzrost i różnicowanie samych tkanek i narządów.

Kluczowe procesy zachodzące podczas rozwoju embrionalnego i płodowego obejmują wiele zdarzeń podziału komórek, migracji i zaprogramowanej śmierci komórki, a także porządkowanie komórek i złożoną wymianę informacji między komórkami.

Etapy rozwoju embrionalnego

Rozwój embrionalny każdego zwierzęcia rozpoczyna się od zapłodnienia komórki jajowej przez plemnik, który jest odpowiednio komórkami płciowymi (gametami) samic i samców.

Plemnik zapładniający komórkę jajową

U ludzi proces ten zachodzi w ciągu pierwszych 3 miesięcy (lub pierwszych 8 tygodni) ciąży, po których zarodek uznawany jest za płód, a zatem przechodzi charakterystyczny rozwój płodowy.

- Tydzień 1

Schemat procesu zapłodnienia u ludzi (źródło: Ttrue12From Ortisa, tłumaczenie z Wikimedia Commons)

W pierwszym tygodniu ciąży zachodzą procesy zapłodnienia i tworzenia zygoty; W tym okresie następuje również segmentacja tej komórki, w wyniku której powstaje morula i blastula.

Zapłodnienie

Proces zapłodnienia składa się z szeregu kolejnych zdarzeń, które są opisane od pierwszego kontaktu gamet do fuzji ich jąder. Te zdarzenia można wymienić w następujący sposób:

- Przejście plemnika przez corona radiata : plemnik musi przejść przez warstwę komórek otaczającą dojrzałą komórkę jajową, zwaną corona radiata.

- Penetracja zona pellucida: pomiędzy koroną promieniową a błoną komórkową komórki jajowej znajduje się obszar zwany „zona pellucida”, który składa się z glikoprotein nitkowatych i który otacza również żeńską gametę. Plemniki wytwarzają specyficzne enzymy proteolityczne, aby móc przejść przez ten obszar.

Uwaga: gdy plemnik zdoła „rozpuścić” osłonę przezroczystą i dotrzeć do komórki jajowej, tworzy się to, co embriolodzy nazywają „strefą reakcji”, co czyni tę komórkę nieprzepuszczalną dla innych plemników.

- Fuzja błon : kiedy plemnik w końcu wchodzi w kontakt z żeńską komórką gametykową, obie błony plazmatyczne ulegają fuzji i zarówno głowa, jak i ogon plemnika wchodzą do cytozolowego regionu komórki jajowej.

- Kulminacja drugiego podziału mejotycznego komórki jajowej i utworzenie przedjądrza żeńskiego : komórka jajowa znajduje się w tzw. „Zatrzymaniu mejotycznym” i opuszcza ją poprzez kaskady sygnalizacyjne, które wyzwalają wejście plemnika, tworząc przedjądrze żeńskie, posiadające haploidalne obciążenie chromosomem (n).

- Powstanie męskiego przedjądrza : w środku ogon plemnika ulega degradacji, ale jego jądro powiększa się, tworząc męskie przedjądrze identyczne z żeńskim, również z haploidalnym ładunkiem chromosomowym.

- Tworzenie zygoty : proces ten zachodzi, gdy dwa przedjądrza łączą się, tworząc komórkę z połową chromosomów jednego z rodziców i połową drugiego, przywracając ładunek diploidalny (2n). W tym momencie homologiczne chromosomy obojga rodziców wymieniają materiał, rekombinując.

Segmentacja zygoty

Kiedy powstaje zygota, to znaczy po zapłodnieniu i przywróceniu ładunku chromosomów, uruchamiane są sekwencyjne podziały mitotyczne, które prowadzą do wzrostu liczby komórek (blastomerów).

Podział polega na zmniejszeniu rozmiaru komórek, ale nie na zwiększeniu ich objętości, i zachodzi, gdy jajo przemieszcza się przez jajowody w kierunku macicy. Proces ten rozpoczyna się około 30 godzin po zapłodnieniu.

Morulacja

Kiedy podziały mitotyczne zakończą się około 12 lub 32 komórek (mniej więcej w 3 dniu po zapłodnieniu), ulegają one „zbiciu” dzięki zdarzeniom adhezji, w których pośredniczą glikoproteiny powierzchniowe i tworzą „morulę” (ze względu na podobieństwo morfologiczne z owocami).

Ta morula jest otoczona linią komórek zwanych komórkami trofoblastycznymi, które później utworzą łożysko.

Blastulacja

Kolejne podziały blastomerów moruli tworzą rodzaj wnęki, blastocele, dlatego powstała w ten sposób struktura nazywana jest „blastulą” lub „blastocystą”. Struktura ta tworzy się 4 dnia po zapłodnieniu i gdy morula dociera do macicy.

- Tydzień 2

W drugim tygodniu w blastocystach zaczynają się różnicować dwie linie komórkowe, z których każda pochodzi z linii komórkowych pochodzących z dwóch komórek, które są produktem pierwszego podziału zygoty.

Jedna z linii komórkowych stanowi obwód blastocysty i jest tą, z której później powstanie łożysko, ta warstwa znana jest jako trofektoderma.

Wewnętrzna linia komórkowa, która otacza jamę blastoceliczną, odpowiada komórkom tworzącym narządy zarodka, który jest w trakcie formowania; w niektórych książkach ta warstwa komórek jest znana jako embrionoblastema lub embrioblast.

Jest to między 6 a 10 dniem, kiedy ta blastocysta przylega do nabłonka endometrium w macicy i tam trofoktoderma (znana również jako trofoblast) proliferuje i różnicuje się w warstwy cytotrofoblastyczne (wewnętrzne) i syncytiotrofoblasty (zewnętrzne).

Wszystkim tym procesom towarzyszą liczne podziały komórkowe i migracje, a także zrosty komórkowe lub interakcje, które pozwalają na tworzenie wspomnianych warstw.

Tworzenie struktur „pozazarodkowych”

Drugi tydzień rozwoju embrionalnego jest niezbędny do powstania struktur pochodzących z trofektodermy, czyli struktur „pozazarodkowych”, którymi są: jama owodniowa, pęcherzyk pępkowy i worek kosmówkowy.

- tydzień 3

Trzeci tydzień charakteryzuje się różnicowaniem trzech listków zarodka podczas gastrulacji; przez rozwój struny grzbietowej.

Gastrulacja

Blastomery blastocysty nadal dzielą się, tworząc gastrula, w procesie znanym jako gastrulacja. Na tym etapie rozwoju embrionalnego zaczynają się tworzyć podstawowe „warstwy” embrionalne.

Gastrulacja wiąże się również z obfitą migracją komórek, ich zlepieniem i segregacją. Gastrula składa się z warstwy zewnętrznej, ektoblastu lub ektodermy, warstwy środkowej lub mezoblastu lub mezodermy oraz warstwy wewnętrznej, endoblastu lub endodermy.

Pod koniec trzeciego tygodnia zarodek ma wygląd spłaszczonego, owalnego krążka, w którym uformowała się już struna grzbietowa między ektodermą a endodermą. Struna grzbietowa jest pierwotną osią zarodka, wokół której formuje się szkielet osiowy, czyli jest to „protokręgosłup”.

Podobnie, na tym etapie w ektodermie powstają płytka nerwowa, fałdy nerwowe i cewy nerwowe, które odpowiadają zawiązkowi centralnego układu nerwowego. W trzecim tygodniu zarysowuje się również pierwotny układ sercowo-naczyniowy.

- Tygodnie 4 do 8

Główne struktury wewnętrzne i zewnętrzne powstają między czwartym a ósmym tygodniem rozwoju embrionalnego. W tych tygodniach zachodzą procesy wzrostu, morfogenezy i różnicowania tkanek i narządów.

Zarodek 7-9 tygodni

Procesy te są precyzyjnie regulowane i kontrolowane, zwłaszcza przez wzorce ekspresji genów komórek, które są częścią omawianych listków zarodkowych, które w pewnym stopniu zależą od cech środowiskowych.

Pojawienie się zarodka pod koniec drugiego miesiąca ciąży (źródło: dr Dennis M DePace za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Złożenie zarodka

Kształt ciała zarodka wywodzi się z fałdowania zarodka trójwarstwowego, owalnego i dyskoidalnego, które uformowało się w trzecim tygodniu. Proces ten zachodzi w płaszczyźnie środkowej i poziomej tego samego, po czym zarodek rośnie stosunkowo szybko.

W procesie fałdowania zawiązka mózgu powstaje gardło, przełyk i dolny układ oddechowy. Część warstwy endodermalnej jest wykorzystywana do tworzenia jelita grubego, okrężnicy zstępującej i odbytnicy.

Etapy rozwoju płodu

Chociaż przejście od embrionu do płodu następuje stopniowo, rozróżnienie to jest konieczne, aby potwierdzić, że u płodu rozpoznawane są struktury rosnącej istoty ludzkiej, ponieważ główne organy i układy ciała zostały już ukształtowane.

Okres płodowy rozpoczyna się w dziewiątym tygodniu ciąży. Między dziewiątym a dwunastym tygodniem wzrost płodu przyspiesza, ale pozostaje nieproporcjonalny związek z ciałem i głową.

Tygodnie 9 do 12

W dziewiątym tygodniu, charakterystyczne cechy to: bardzo szeroka twarz, szeroko rozstawione oczy, zrośnięte powieki i „opadające” uszy. Nogi są krótkie, a uda stosunkowo małe. Na poniższym obrazku widać zarodek w 9 tygodniu ciąży:

Do końca dziewiątego tygodnia zewnętrzne narządy płciowe są nie do odróżnienia u chłopców i dziewcząt. U dziewięciotygodniowego płodu wątroba jest głównym miejscem powstawania czerwonych krwinek (erytropoezy) i właśnie w tym czasie zaczyna tworzyć się mocz.

Zanim płód osiąga dwunasty tydzień, w szkielecie czaszki i kościach długich pojawiają się pierwotne centra kostnienia. Co więcej, w tym okresie kończyny górne osiągają względną ostateczną długość, ale kończyny dolne nadal muszą się rozwinąć.

Od 13 do 16 tygodnia

Między tymi tygodniami wzrost przyspiesza jeszcze bardziej i staje się bardziej widoczny. Pod koniec 16 tygodni ciało nabiera rozmiarów bardziej proporcjonalnych do rozmiaru głowy, a kończyny dolne osiągają odpowiednią długość.

Pomiędzy tymi 3 tygodniami zaczyna się prawdziwe kostnienie szkieletu, a rozwój kości można obserwować w badaniu USG. Do 14 tygodnia można zauważyć powolne ruchy oczu i określa się również wzór skóry głowy.

Od tych tygodni można określić płeć, ponieważ u samic różnicują się jajniki i pierwotne komórki rozrodcze. Ponadto oczy nie są już umiejscowione przednio-bocznie i są rozmieszczone w przedniej części twarzy.

Uszy są również umieszczone w swoich końcowych pozycjach po bokach głowy.

Tygodnie 17-20

Tempo wzrostu nieznacznie zwalnia od 17 tygodnia, ale w tym czasie ruchy płodu stają się widoczne.

Między 17 a 20 tygodniem skóra płodów jest pokryta ochronną woskową substancją zwaną „maźnią woskową”, a także cienką warstwą włosków (lanugo), która przyczynia się do przylegania maździowatej do skóry.

W tym czasie widoczne stają się brwi i włosy oraz zaczyna odkładać się brązowy tłuszcz, który bierze udział w wytwarzaniu ciepła.

Tygodnie od 21 do 25

Płód o pomarszczonej i różowej skórze zaczyna przybierać na wadze. Ma gwałtowne ruchy oczu, a jego płuca zaczynają wytwarzać płucny środek powierzchniowo czynny. Paznokcie pojawiają się zwykle w 24. tygodniu.

Tygodnie 26 do 29

Pod koniec tych trzech tygodni płód ma już wystarczająco rozwinięty układ oddechowy, aby przeprowadzić wymianę gazową.

Oczy są otwarte, owłosienie rozwinięte, widoczne są również paznokcie. Dodatkowo płód nasila syntezę białego tłuszczu, co skutkuje przyrostem masy ciała.

Pod koniec 28 tygodnia szpik kostny przejmuje produkcję czerwonych krwinek, które wcześniej występowały w śledzionie, a wcześniej w wątrobie.

30 do 34 tygodnia

W 30.tygodniu udokumentowano rozwój odruchu źrenicowego lub też zmianę średnicy źrenicy w odpowiedzi na światło. W tym czasie procent tkanki tłuszczowej przekracza 7%, a kończyny płodu wydają się pulchne.

35 do 38 tygodnia

Od tego momentu uważa się, że ciąża jest w okresie poronienia. Płody urodzone przedwcześnie, od 26 tygodnia życia, mają szansę przeżyć dzięki pomocy medycznej, ale od 35 tygodnia są mniej zagrożone.

Do określenia wieku płodu w tym okresie wykorzystuje się takie cechy, jak związek między obwodem głowy i brzucha czy długość stóp.

W 38 tygodniu rozważa się już ciążę donoszoną. W tym czasie procent tkanki tłuszczowej wynosi około 16%, a klatka piersiowa i mięśnie piersiowe lekko wybrzuszają się zarówno u chłopców, jak iu dziewcząt.

Bibliografia

1. Houillon, C. (2013). Embryologie. Springer-Verlag.
2. Moore, K., Persaud, T. i Torchia, M. (2016). Rozwijający się człowiek. Clinically Oriented Embryology (wyd. 10). Filadelfia, Pensylwania: Elsevier.
3. Solomon, E., Berg, L. i Martin, D. (1999). Biology (5 wyd.). Filadelfia, Pensylwania: Saunders College Publishing.
4. Hill, M. (2019). Embriologia. Pobrano 24 października 2019 r.ze strony www.embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Embryonic_Development
5. Hill, M. (2019). Embriologia. Pobrano 24 października 2019 r.ze strony www.embryology.med.unsw.edu.au/embryology/index.php/Timeline_human_development