Формирование и динамика структурных преобразований эмбриональных органокомплексов человека

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФОРМИРОВАНИЕ И ДИНАМИКА СТРУКТУРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ЭМБРИОНАЛЬНЫХ ОРГАНОКОМПЛЕКСОВ ЧЕЛОВЕКА

СОЛОВЬЕВ ГЕОРГИЙ СЕРГЕЕВИЧ, ШИДИН ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ, НИКИТЮК ДМИТРИЙ БОРИСОВИЧ, МОРОЗОВА ЕЛЕНА ВАСИЛЬЕВНА, ГУЗЕНКОВ ДМИТРИЙ НИКОЛАЕВИЧ, ИВАНОВ ИВАН ВАСИЛЬЕВИЧ, СОЛОВЬЕВА ОЛЬГА ГЕОРГИЕВНА, СПИРИНА ЮЛИЯ СЕРГЕЕВНА, ЧЕРКАСОВА СВЕТЛАНА ПЕТРОВНА, АХМАТОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

В эмбриональном и раннем плодном периодах в организме зародыша человека формируются сложные структуры эмбриональные органокомплексы (ЭОК), содержащие в малом объеме биологического субстрата зачатков двух и более органов. ЭОК являются источником дивергентного органогенеза.

Ключевые слова: зародыш человека, мезонефрально-гонадный комплекс, мезо-мета-эпинефрально-гонадный комплекс, гипофиз, орган зрения.

Solovyev G. S., Shidin V. A., Nikityuk D. B., Morozova E. V., Guzenkov D. N., Ivanov I. V., Solovyeva O. G., Spirina Yu. S., Cherkasova S. P., Akhmatov A. V.

Tyumen State Medical University, Tyumen

Federal Research Center for Nutrition, Biotechnology and Food Safety, Moscow

HUMAN EMBRYONIC ORGANOCOMLEXES FORMATION AND THEIR STRUCTURES DYNAMICS

Complex structures are formed in the human embryo embryonic organocomplexes. They are the rudiments of two or more organs and are the source of divergence. Embryonic organocomplexes appear in the embryonic and early fetal period of the organism's development.

Keywords: human embryo, mesonephric-gonadal complex, mesonephric-metanephric-epinephric-gonadal complex, pituitary gland, eye.

Актуальность

Проблема морфогенеза относится к категориям универсальных механизмов развития многоклеточных структур организма, вариантов формирования тканевои органотипических проявлений, детерминированности компонентов их эмбриональных зачатков либо ниш стволовых клеток в условиях репаративной и физиологической регенерации (Пинаев Г П., 2015; Иванова Е. В., 2018; Обухов Д. К., 2018; Belousov L. V. , 2015; Smith P. , 2014).

Эмбриональный и ранний фетальный периоды развития человека характеризуются набором вариантов трансформации эмбриональных закладок и зачатков, что выявляется при изучении нормально протекающего эмбриогенеза (Гузенкова Д. В., 2016; Соловьев Г С., 2018, 2019), а также при культивировании эмбрионов человека (Шурыгина О. В., 2020; Messequer M., 2015; Racowskiy C., 2017; Rubio I. , 2014). Обилие результатов изучения развития морфологического субстратов различных ступеней иерархической классификации простых и сложных структур организма, к сожалению, не завершилось формированием классической теории морфогенеза, поэтому, до настоящего времени приемлемой для научного сообщества концепции морфогенеза не существует (Шидин В. А., 2017; Иванова Е. В., 2018; Соловьев Г С., 2018; Мухамедьяров Д. А. , 2019; Belousov L. V. , 2015).

Цель работы: выявить морфологические критерии формирования и трансформации эмбриональных органокомплексов зародыша человека.

Материал и методы. Объектом исследования были эмбрионы и плоды человека. Одной из недостаточно изученных многоклеточных структур в организме эмбриона или плода являются эмбриональные органокомплексы, в составе которых содержатся эмбриональные зачатки не одного, а двух и более органов.

Эмбрионы человека (всего 127) на 12-23 стадиях Карнеги (СК) и плоды 9-12 недель фетогенеза (всего 28) были взяты после проведения медицинского аборта у анамнестически здоровых женщин с их информированного согласия в ЛПУ г. Тюмени.

На каждый срок было взято от 3 до 19 зародышей. Эмбрионы и плоды отмывали в физиологическом растворе, фиксировали в 10% нейтральном формалине, заливали в парафин. Срезы окрашивали гематоксилином Майера и эозином, ШИК-методом по Мак-Манусу. Для электронно-микроскопического исследования материал фиксировали при 4 °С в параформальдегидглутаральдегидной смеси с дофиксацией OsO4.

Изучали мезонефрально-гонадный комплекс (МГК), мезо-мета-эпинефро-гонадный комплекс, зачатки гипофиза и глазного яблока.

гипофиз человек зародыш

Результаты и обсуждение

В нашем исследовании представлены результаты изучения динамики морфологической характеристики эмбрионов и плодов человека на стадиях от 12а Карнеги (25 суток биологический возраст) до завершения 12 недель фетогенеза. Ранние стадии эмбриогенеза были связаны с ошибками в диагностике срока беременностей и анамнестических данных. Вместе с тем именно эти «ошибки» позволили иметь зародышей, полученных на 4-й неделе эмбриогенеза.

Тотальные препараты получали при абразивном способе проведения аборта, аспирационная техника проведения аборта, как правило, не позволяла получить зародышей с полным сохранением компонентов тела. После отмывания в физ. растворе зародышей тщательно рассматривали невооруженным глазом, с помощью лупы, фотографировали и проводили морфометрию, выявляли состояние показателей эпигенеза в головном, туловищном и хвостовом отделах тела. Тщательность выявления биологического возраста зародыша была обусловлена необходимостью точного определения сроков формирования эмбриональных органокомплексов, так как сведения научной литературы по данному вопросу оказались противоречивы (Соловьев Г С., 2019)

Мы изучили процессы становления МГК и объединенного зачатка гипофиза, представленного карманом Ратке и воронкой промежуточного мозга. В дальнейшем каждый из комплексов реализуется в два органа, при этом МГК является источником формирования первичной почки и гонады, объединенный зачаток гипофиза строит аденои нейрогипофиз, а из мезо-мета-эпинефрально-гонадного комплекса формируются соответствующие органы: гонада, первичная почка, постоянная почка, надпочечник.

К категории эмбриональных органокомплексов следует отнести надпочечники и жаберный аппарат. Эмбриональный надпочечник в соответствии с источником формирования его зачатка потенциально был ориентирован на построение фактически трех органов: коркового и мозгового вещества, а также несостоявшегося гонадогенеза (Иванова Е. В. , 2018; Соловьев Г С.). Надо отметить, что МГК и эпинефральная железа имеют много общего не только в источниках формирования (эпителий несегментированной мезодермы), но и вполне возможно сохраняют камбиальные элементы, обеспечивающие физиологическую и репаративную регенерацию в постнатальном периоде (Торгун П.М.) Дискутабельным остается вопрос о наличии в капсуле женской гонады недифференцированных клеток овоцитарного дифферона (Гузенкова Д.В., 2016; Иванова Е. В., 2018).

Имеются все основания отнести к категории ЭОК зачаток органа зрения, откуда развиваются хрусталик, глазной бокал и зрительный нерв. Анализируя фактический материал, мы выявили ряд механизмов формообразовательных процессов, лежащих в основе инициации морфогенеза ЭОК. В частности, было показано, что образование органа зрения и гипофиза обеспечивается формированием анатомических контактов эмбриональных закладок (эктодермы, нейроэктодермы), а образование МГК и ММЭГК связано с миграционными потоками клеток гонацитарных и нейральных дифферонов и продукции адгезивных субстратов клетками целомического эпителия

Эмбрион человека на 12 СК имеет личиночноподобный вид (4 мм в длину). В теле зародыша четко выявляется головной, туловищный и хвостовой отделы. Хвостовой отдел конусообразной формы с широким основанием и узким дистальным концом. По всей протяженности туловищного и хвостового отделов располагаются перпендикулярно к длинику гребнеподобные валики и бороздки, охватывающие дугообразно тело эмбриона. Бороздки и валики являются результатом метамерии, лежат параллельно друг другу, напоминая структуру тела кольчатого червя. Дорзальная поверхность тела зародыша выпуклая, вентральная вогнута. В туловищном отделе на вентральной стороне определяется сердечно-пупочный выступ, сформированы почки роста рук, окруженные у основания бороздкой. Переход туловищного отдела в хвостовой резко выражен на вентральной стороне тела. Головной отдел имеет контуры «головы» и отделяется от туловищного довольно глубокой «шеечной» бороздой.

В основе головного отдела лежит формирующийся ствол головного мозга и жаберный аппарат, в котором хорошо рассматривается челюстная (первая жаберная дуга по принятой классификации), гиоидная (вторая жаберная дуга) и глоссо-фарингеальная (третья жаберная дуга). Фарингеальная (четвертая жаберная дуга) выражена нечетко. Слабо выражена жаберная щель место перехода жаберной дуги в тело эмбриона.

Жаберный аппарат участвует в построении глоточной кишки и органогенез стомодеума. Первичная стомодеальная ямка, выявляющаяся на 11 СК, углубляется и формирует бухтообразный инвагинат, а бурно разрастающийся головной мозг обеспечивает построение «крыши» стомодеума. Нервная трубка и хорда выполняют роль опорных осевых органов и одновременно увлекают прилежащую сегментированную и промежуточную мезенхиму, эктодермальный эпителий в активные ростовые процессы.Диссоциация хордального тяжа на уровне кармана Сесселя и ротоглоточной мембраны создает условия для формирования первичной ротовой ямки, приближения головного отдела к телу зародыша, формирования изгибов в стволе головного мозга.

Изменения в топике хорды и её отсутствие в зоне ствола головного мозга способствует формированию мозговых пузырей, наиболее важным из которых оказывается промежуточный. Нейроэктодерма стенки промежуточного пузыря в области хрусталиковых плакод и зачатка нейрогипофиза устанавливает анатомический контакт с эпителием стомодеальной бухты и кожной эктодермой, что приводит к формированию устойчивых контактных площадок двойного генеза. Контактные площадки (тандемы) ложатся в основу зачатков глазного яблока, гипофиза и формируют соответствующие ЭОК.

Рис. 1. Эмбрион человека, 13 стадия Карнеги. Пищеводно-трахеальная перегородка. Зачаток пищевода (1), зачаток трахеи (2), апоптоз клеток в зоне дихотомии глоточной кишки (3). Фиксация: 10% нейтральный формалин. Окраска: ШИК-реакция по Мак-Манусу. 10x100

Рис. 2. Эмбрион человека, 14 стадия Карнеги. Зона контакта эктодермы кармана Ратке (1) и нейроэктодермы стенки воронки промежуточного мозга (2), полость кармана Ратке (3). Фиксация: 10% нейтральный формалин. Окраска: ШИК-реакция по Мак-Манусу. 10x100

Рис. 3. Эмбрион человека, 14 стадия Карнеги. Зона контакта хрусталиковой плакоды (1) и стенки глазного бокала (2), мезенхима (3). Фиксация: 10% нейтральный формалин. Окраска: ШИК-реакция по Мак-Манусу. 10x40

Рис. 4. Эмбрион человека, 15 стадия Карнеги. Формирование многорядного эпителия передней стенки кармана Ратке. Мерцательная клетка (МерК), секреторная клетка (черная метка). Электроннограмма. Масштабный отрезок, 5 мкм

Рис. 5. Эмбрион человека, 21 стадия Карнеги. Мезонефрально-гонадный комплекс (1), эпи-метанефральный комплекс (2), целом (3). Фиксация: 10% нейтральный формалин. Окраска: ШИК-реакция по Мак-Манусу. 2,5x10

Итогом преобразований в головном отделе эмбриона на 12 СК являются завершение сообщения глоточной кишки со стомодеумом и формирование максиллярного отростка челюстной дуги. Следует отметить, что на отмеченной стадии эмбриогенеза сохраняется карман Сесселя, которому приписывается роль в образовании прехордальной пластинки и её производных, а также возможное участие в процессах онкогенеза (Королев В.А. , 2015; На^ В. , 2004).

На 13 СК в каудальной части глоточной кишки уже произошло разделение на дыхательный и пищеварительный тракты, в зоне формирующейся гортани определяется зачаток надгортанника, в зоне дихотомии глоточной кишки образуется пищеводно-трахеальная перегородка, которая по своей сути также соответствует ЭОК, так как в её составе содержатся компоненты стенок двух органов.

Пищеводно-трахеальная перегородка является ЭОК, характеризующаяся кратким витальным циклом, и смещается каудально по мере ростового процесса из головного в грудной отдел зародыша Зона пищеводно-трахеальной перегородки характеризуется апоптозом клеток обеих трубок и последующим врастанием мезенхимы в формирующийся участок контакта (Морозова Е. В. , 2017) (рис. 1).

На 13 СК выявляются почки роста рук и ног. Трансформация эпителия стомодеального инвагината сопровождает процесс формирования кармана Раке и в последующем единого зачатка гипофиза

На 14 СК продолжается построение эпителиального источника гипофиза, а также происходят значительные преобразования в жаберном аппарате На спинке языка сохраняются углубления в зонах контактов жаберных дуг На границе гиоидной и глоссофарингеальной дуг образуется погружной эпителиальный тяж, трансформирующийся впоследствии в щитоязычный проток.

Карман Ратке сопровождает изгибы промежуточного мозгового пузыря, что обусловливает прочную анатомическую фиксацию двух источников (рис. 2).

Одновременно с трансформацией эпителия кармана Ратке перестраивается эпителий кожной эктодермы в зоне перехода в хрусталиковую плакоду (рис. 3).

На постсомитных стадиях эмбриогенеза (15-23 СК) продолжается трансформация эпителиальной выстилки кармана Ратке, в эпителиальном пласте выявляются мерцательные клетки и экзокриноциты. В составе пласта обнаруживаются клетки моноцитарного дифферона.

Многорядный эпителий мигрирует в выстилку глоточной кишки и её производных (рис 4).

Перестройка эпителиального пласта сопровождается апоптозом отдельных клеток и восполнением дефекта камбиальными элементами, которые теряют связь с базальной пластинкой, что приводит к формированию многослойного плоского ороговевающего пласта вертикальной анизоморфности.

16-17 СК характеризуются процессами органогенеза в полости рта, продолжением формирования языка, «скобы», латеральных небных карманов, отграничивающих вторичное нёбо от производных мандибулярного компонента челюстной висцеральной дуги. Карман Ратке также формирует латеральные «крылья», обрастающие воронку промежуточного мозга и хрящевую основу тела клиновидной кости Эпителий кармана Ратке перемещается в дорзальную стенку глотоной кишки и далее распространяется на её боковые стенки. Процесс трансформации глоточного эпителия принимает эстафетный характер, в котором изначально отмечается стадия псевдомногорядного, затем многорядного, мерцательного и секретирующего, завершается многослойным плоским неороговевающим. Гортанный инвагинат формируется в тот период, когда глоточная кишка выстилается псевдомногорядным пластом и сохраняет такую структуру в процессе органогенеза легкого

18-20 СК сопровождаются преобразованием жаберного аппарата МГК, ММЭГК, гипофиза, глазного яблока, завершением дихотомии головной кишки, бурным ростом эпиметанефрального комплекса. Нейрогипофиз продолжает выполнение функции организатора морфогенеза, обеспечивает деформацию, а затем «отшнуровку» кармана Ратке от крыши стомодеума.

На 21-23 СК первичная ротовая полость значительно уплощена, сформированы эпителиально-мезенхимальные основы верхней и нижней губ, язык занимает значительное пространство в ротовой полости, образуются небные отростки, постепенно принимающие горизонтальное положение, осуществляется разделение первичной ротовой полости, начинаются процессы становления слизистых оболочек полости рта. На спинке языка выявляются почки роста сосочков.

На этой стадии яичник изолируется и занимает положение между первичной почкой и парамезонефральным протоком (рис. 5).

Завершение функции первичной почки к 12 неделе фетогенеза сопровождается мочеобразованием в постоянной почке. Фиксирующая функция хрусталиковой плакоды обеспечивает возможность органотипической дифференцировки стенки глазного пузыря и формировании глазного нерва

Заключение

Формирование ЭОК является одним из оригинальных механизмов морфогенеза, обеспечивается миграцией и последующей фиксацией стволовых клеток дифферонов, участвующих в построении ЭОК, либо образование анатомических контактов между эмбриональными закладками или эмбриональными зачатками провизорных или дефинитивных органов.

Образование ЭОК реализуется в процессе построения провизорных или дефинитивных органов на эмбриональных или фетальных стадиях пренатального развития человека. В организме зародыша моделируется система эстафетного формирования ЭОК в соответствии с проксимо-дистальным вектором органогенетических и ростовых процессов в организме зародыша.

Литература

1 . Гузенкова Д. В. Мезонефральногонадный комплекс человека в эмбриональном периоде пренатального отногенеза / Д. В. Гузенкова, А. А. Вотинцев, Г С. Соловьев, С. М. Пантелеев, В. Л. Янин, Л. В. Вихарева, О. Г Соловьева, А. В. Маргарян, В. А. Шидин, Д. А. Мухамедьяров // Медицинская наука и образование Урала. 2016.Т. 17, № 1 (85). С. 41-45.

2 . Иванова Е. В. Феномен конвергенции при развитии женской

гонады человека и формировании кожного регенерата / Е. В. Иванова, Д. Б. Никитюк, В.А. Шидин // Тюменский медицинский журнал. 2018. Т. 20, № 3. С. 10-13.

3 . Королев В. А. Прехордальная и миоэпикардиальная пластинки:

терминологические аспекты, проблемы определения / В. А. Королев, О. Ю. Потоцкая // Морфология. 2015.Т 148, №4.С.62-69.

4 . Морозова Е. В. Морфология трахеально-пищеводной пере

городки эмбриона человека на сомитных стадиях пренатального онтогенеза / Морозова Е.В, Соловьева О. Г., Шидин В. А. , Иванов И. В. , Идрисов Р. А., Истомина О. Ф. , Мкртычева К. К. , Соловьев В. Г , Соловьев Г С. // Медицинская наука и образование Урала. 2017. Т. 18, № 1 (89). С. 54-56.

5 . Мухамедьяров Д. А. Параллелизм органогенезов на этапах

витального цикла мезонефроса зародышей яйцекладущих и живородящих амниотов / Д.А. Мухамедьяров, Д. Б. Никитюк, ГС.Соловьев [и др. ] // Медицинская наука и образование Урала.2019.Т. 20, №3.С. 58-64.

6 . Обухов Д. К. Современные представления о механизмах

регуляции процессов преи постэмбрионального нейрогенеза в ЦНС позвоночных животных и человека / Д. К. Обухов, Е. В. Пущина, А. А. Вараксин, М. Е. Стуканева // Вопросы морфологии XXI века. Выпуск 5. Сборник трудов: «Гистогенез, реактивность и регенерация тканей». СПб.: Издательство ДЕАН, 2018 С 68-80

7 . Пинаев Г П. Ниши стволовых клеток. Вопросы морфологии

XXI века Вопросы морфологии XXI века Выпуск 4 Сборник трудов: «Гистогенез, реактивность и регенерация тканей». СПб. : Издательство ДЕАН, 2015. С. 54-56.

8 . Соловьев Г С. Дивергенция органогенеза на этапах формиро

вания провизорных структур / Г С. Соловьев, С. М. Пантелеев, В. А. Шидин [и др. ] // Морфология. 2018. Т. 154, № 6. С. 23-30.

9 . Соловьев Г С. Дивергентная теория эволюционирования

тканей академика Н. Г Хлопина и дивергенция органогенеза при формировании провизорных структур / Г С. Соловьев, В.Л. Янин, С. М. Пантелеев [и др. ] // Гистогенез, реактивность и регенерация тканей: сб. научных трудов «Вопросы морфологии XXI века» СПб , 2018 Вып 5 С 53-64

10 . Соловьев ГС.Динамика миграционных потоков первичных

половых клеток при формировании зачатков женских половых желез / Г С. Соловьев, В. А. Шидин, В.Л.Янин [и др. ] // Журнал анатомии и гистопатологии. 2019. Т. 8, № 4. С. 30-36.

11 . Торгун П. М. Восстановительные процессы в надпочечных желе

зах собак / П. М. Торгун, Д. Б. Никитюк, С. В. Клочкова [и др. ] // Журнал анатомии и гистопатологии. 2019. Т. 8, № 2. С. 70-76.

12 . Шидин В.А.Дивергенция органогенеза конъюнктивального

эпителия в имплантатах "in vivo" / В. А. Шидин, Г С. Соловьев, И. В. Иванов [и др. ] // Медицинская наука и образование Урала. 2017.Т. 18, №1 (89).С. 57-60.

13 . Шурыгина О. В. Новые возможности культивирования эмбрио

нов человека in vitro / О. В. Шурыгина, В. К. Беляков, Г Б. Немковский [и др. ] // Морфология. 2020. Т. 157, № 1. С. 75-78.

14 . Belousov L. V. Morphomechanics of development / Belousov L. V.

Springer. 2015. 195 p.

15 . Halasz B. Pituitary Gland Anatomy and Embryology Encyclopedia

of Endocrine Diseases. 2004. P. 636-643.

16 . Heeren A. Development of the follicular basement membrane

during human gametogenesis and early folliculogenesis / A. Heeren, L.van Iperen, D. B. Klootwijk et al.// BMC Developmental Biology. 2015 V 15, I 1 P 4

17 . Hummitzsch K. A new model of development of the mammalian

ovary and follicles.Schmidt E. E. , editor./ K. Hummitzsch, H. F IrvinRodgers, N. Hatzirodos et al. // PLoS ONE. 2013. V. 8, I. 2: e55578.

18 . Gomes F M. Characterization of migratory primordial germ cells in

the aortagonad-mesonephros of a 4.5-week-old human embryo: a toolbox to evaluate in vitro early gametogenesis / F. M. Gomes, M. Bialecka, D. C. F. Salvatori et al. // MHR: Basic science of reproductive medicine 2018 V 24, I 5 P 233-243

19 . Messeguer M. Time-lapse: the remaining questions to be

answered // Fertility and Sterility. 2016. V 105, I. 2. P. 295-296.

20 . Racowsky C., Wellington M. P. Effectiveness and safety of time

lapse imaging for embryo culture and selection: it is still too early for any conclusion? // Fertility and Sterility. 2017. V 108, I. 3. P. 450-452.

21 . Rubio I. Clinical validation of embryo culture and selection by

morphokinetic analysis: a randomized, controlled trial of the EmbryoScope // Fertility and Sterility. 2014. V 102, I. 5. P. 12871294

22 . Smith P., Wilhelm D., Rodgers R. J. Development of mammalian

ovary // Journal of Endocrinology. 2014. V. 221, I. 3. R. 145-161.

Размещено на Allbest.ru