Критические периоды внутриутробного развития

“История развития человека в течение девяти месяцев, предшествующая его рождению, вероятно, гораздо интереснее и содержит события более грандиозные, чем все последующие семьдесят лет его жизни”. 

Сэмюель Тейлор Колриджю (1834)

Нормальное развитие эмбриона и плода возможно лишь при оптимальном сочетании внутренних и внешних условий, каждая последующая стадия вытекает из предыдущей и если появляется фактор, способный кардинально повлиять на ход событий, эмбриогенез может отклониться от правильного пути. Кроме того, существуют отрезки времени – критические периоды, когда плод становится высоко реактивным и лабильным, нарушается координация в скорости компенсаторных ответных реакций его развивающихся систем.

 Эмбриогенез человека длится примерно 280 суток (10 лунных месяцев) и включает четыре основные стадии:

Механизмы оплодотворения, как уникального биологического процесса зачатия нового организма, издавна привлекали к себе внимание, а развитие вспомогательных репродуктивных технологий позволило в деталях их исследовать. Процесс направленного перемещения сперматозоидов по органам женского полового тракта продолжается в течение 10 часов и является, по сути, преодолением огромного расстояния. В ампулярной части маточной трубы сперматозоиды окружают и в течение 12 часов вращают яйцеклетку биением своих жгутиков. В результате выделения из акросомы спермия гиалуронидазы и трипсина блестящая оболочка яйцеклетки расщепляется и сперматозоид проникает в нее, происходит сближение ядер - образование синкариона и последующее слияние ядер - формирование зиготы.

Оплодотворение относят к первому критическому периоду развития, результатом которого может быть формирование как нормального, так и аномального набора хромосом (кариотипа). Причиной возможных аномалий чаще всего является нерасхождение гомологичных хромосом при первом мейотическом делении, в результате которого образуются гаметы - одна гамета получает пары хромосом, а вторая не получает ни одной. При оплодотворении неправильно сформировавшейся гаметы образуется зигота, имеющая или три одинаковых хромосомы (трисомия) или только одну (моносомия).

Трисомия и моносомия могут сопровождаться тяжелыми нарушениями - синдром Дауна, Эдвардса, Патау и не сопровождаться - синдром Клайнфельтера, синдром Тернера.

Кроме того, на этом этапе эмбриогенеза могут формироваться делеции (потеря части хромосомы) и транслокации (перенос отдельного сегмента одной хромосомы на другую). В то время как большинство делеций летальны, транслокации зачастую сбалансированы и не имеют видимых проявлений.

Каково точное количество аномалий, возникающих на стадии зиготы установить невозможно. Полагают, что 70% зигот гибнут до рождения и лишь приблизительно подсчитано, что из числа беременностей, закончившихся спонтанными абортами, половина сопровождается хромосомными аберрациями. Подобные спонтанные аборты рассматриваются как “естественное средство” элиминации эмбрионов с генетическими дефектами и уменьшают число новорожденных с хромосомной патологией и врожденными пороками развития с 12% до 2-3%.

С момента появления    зиготы - нового одноклеточного организма, объединяющего информацию о материнской и отцовской наследственности, возникает мощный, генетически обусловленный стимул к росту и развитию.

Через 5-5,5 суток оплодотворенная яйцеклетка (бластоциста) попадает в матку уже «подготовившуюся» к имплантации, которая начинается с 7-х суток после оплодотворения и продолжается около 40 часов.

Имплантация является вторым критическим периодом в эмбриогенезе человека. Это сложный многоступенчатый процесс, регуляция которого осуществляется при помощи большого количества гуморальных факторов, эффекторных молекул, факторов роста, цитокинов, разнообразных межмолекулярных и межклеточных взаимодействий, которые модулируют как дальнейшее развитие и “поведение” бластоцисты, так и распознавание беременности и адаптацию к ней организма матери.

Процессы подготовки бластоцисты и эндометрия должны быть синхронизированы так, чтобы бластоциста вошла в контакт с эндометрием в период его высокой чувствительности. Материнский эндометрий восприимчив к имплантирующейся бластоцисте только в пределах строго ограниченного времени - “окна имплантации”. Точная смена выделяющихся женским организмом стероидных гормонов, простагландинов, а также белковых и других веществ, поступающих в полость матки и фаллопиевых труб, регулирует каждый этап «поведения» и развития оплодотворенной яйцеклетки.

С 20-21 дня эмбрионального развития наступает сомитный период – начинается обособление тела зародыша от внезародышевых частей и окончательно формируются зачатки органов.

Период органогенеза является одним из наиболее значимых критических периодов развития. Механизмы генетического контроля на этой стадии эмбриогенеза могут быть нарушены воздействием различных факторов, определяемых, как тератогены.

Если на доимплантационной стадии возможно восстановление клеток при их повреждении, то в период органогенеза заместительные механизмы репарации уже не действуют, любое нарушение может приводить либо к гибели эмбриона, либо индуцировать аномалию развития.

Ряд тератогенных факторов вызывает определенные виды пороков. Вместе с тем, один и тот же фактор может вызывать различные аномалии развития, действуя в разные сроки беременности.

Так как большинство органов человека интенсивно формируется с 3 по 8 неделю гестации и именно в это время возникают почти все изолированные и множественные ВПР, данный этап признан наиболее значимым из всех критических периодов.

Десятая неделя беременности является своего рода поворотным пунктом, после завершения процессов органогенеза начинается фетальный период развития - с одиннадцатой недели эмбрион становится плодом. Он уже устойчив к тератогенам, и пороки могут возникать в органах, окончательно не завершивших свое формирование (мозг, глаз, половые железы).

Параллельно стремительным и рискованным трансформациям, которые претерпевает эмбрион, происходит не менее глобальное событие беременности – формирование плаценты – органа, аккумулирующего и синтезирующего вещества, необходимые для развития плода и осуществляющего его связь с организмом матери. Важнейшие этапы в формировании плаценты – васкуляризация ворсин плаценты и трансформация спиральных артерий матки в маточно-плацентарные сосуды, являются еще одним критическим периодом. 

В процессе развития плаценты общая площадь поверхности ворсин увеличивается с 0,5м² в 13-16 недель до 2,8м² в 21-24 недели и 11,5м² в конце беременности, общая длина ворсин достигает 50 км. На протяжении всей беременности происходит развитие молодых ворсин, которые в значительной мере компенсируют функцию утраченных, однако, это лишь частично восстанавливает функцию плаценты в целом.

Кровообращение между маткой и плацентой (маточно-плацентарное кровообращение) имеет очень большое значение в осуществлении бесперебойного транспорта артериальной крови от организма матери к плоду, которая, омывая ворсины хориона, отдает в кровь плода кислород, питательные вещества, гормоны, витамины, электролиты и микроэлементы. Кровь, содержащая CO² и другие продукты метаболизма плода, возвращается в кровеносную систему матери.

Благополучное течение беременности, рост и развитие плода всецело зависят от интенсивности маточно-плацентарного кровотока. Нарушения маточно-плацентарной гемодинамики во многом определяют возникновение плацентарной недостаточности, которая неизменно сопровождает важнейшие осложнения беременности – угрозу прерывания, задержку развития плода, преэклампсию.

Современные методы исследования (ультразвук, допплерометрия, биохимический скрининг) позволяют своевременно выявлять не только врожденные пороки развития и хромосомные заболевания плода, но и ранние маркеры различных осложнений беременности.