г. Гаструляция у млекопитающих

Клетки зародышей млекопитающих (см. 7.6.1), несмотря на то, что у этих животных яйцеклетки имеют малое количество желтка, а дробление полное, в фазе гаструляции сохраняют перемещения, свойственные зародышам пресмыкающихся и птиц. Это подтверждает представление о происхождении млекопитающих от предковой группы, у которой яйца были богаты желтком.

7.4.2.3. Особенности стадии гаструляции у позвоночных

Гаструляция у позвоночных животных, особенно из группы высших, характеризуется разнообразием клеточных процессов. Продолжается, в частности, митотическое размножение клеток, причем оно имеет разную интенсивность в разных частях зародыша. При этом, интерфазы митотических циклов, в отличие от делений дробления, включают все периоды (G ₁, S, G ₂), поэтому, начиная со стадии гаструляции, наблюдается рост развивающегося организма. Наиболее характерная черта гаструляции однако состоит в перемещении клеточных масс. Это приводит к изменению строения зародыша и превращению его из бластулы в гаструлу: происходит сортировка клеток по их принадлежности к разным зародышевым листкам.

На фазу гаструляции приходится начало дифференцировки клеток, что означает переход к активному использованию биологической информации собственного генома. Одним из регуляторов генетической активности является различный химический состав цитоплазмы клеток зародыша, установившийся вследствие ово(оо)плазматической сегрегации. Так, эктодермальные клетки земноводных имеют темный цвет из-за пигмента, попавшего в них из анимального полюса яйцеклетки, а клетки энтодермы — светлый, так как происходят из вегетативного полюса яйца.

Во время гаструляции очень велика роль эмбриональной индукции — взаимодействия между клеточными комплексами (частями) развивающегося зародыша. Показано, что появление первичной полоски у птиц — результат индукционного взаимодействия между гипобластом и эпибластом. Гипобласту присуща полярность. Изменение положения гипобласта по отношению к эпибласту вызывает изменение ориентации первичной полоски. Подробно все перечисленные процессы см. 8.2.

7.4.3. Образование органов и тканей

Органогенезы (так как органы – это многотканевые комплексы, органогенезы немыслимы без образования тканей - гистогенезов), заключающиеся в образовании отдельных органов, составляют основное содержание рассматриваемого эмбрионального периода. При непрямом развитии они, начавшись в эмбриогенезе, продолжаются в личиночном периоде. При любом варианте развития (прямом или непрямом, то есть с личиночной стадией и метаморфозом или без них) они завершаются в ювенильном периоде раннего постнатального развития (после рождения). Органогенезы отличаются наиболее сложными и разнообразными морфогенетическими преобразованиями. Необходимая предпосылка перехода к органогенезам — достижение зародышем стадии гаструлы, а именно наличие зародышевых листков. Занимая определенное положение друг по отношению к другу, зародышевые листки, контактируя и взаимодействуя, обеспечивают такие взаимоотношения между различными клеточными группами, которые обусловливают их развитие в определенном направлении. Отметим, что взаимоотношения указанного рода составляют суть феномена эмбриональной индукции. В ходе органогенезов изменяются форма, структура и химический состав клеток, обособляются клеточные группы, представляющие собой зачатки будущих органов. Постепенно развивается определенная форма органов, устанавливаются пространственные и функциональные связи между ними. Процессы морфогенеза сопровождаются дифференциацией тканей и структур, дифференцировкой клеток, а также избирательным и неравномерным ростом отдельных органов и частей организма. Обязательным условием органогенезов. наряду с размножением, миграцией и сортировкой клеток, является их избирательная гибель путем апоптоза (см. 8.2.4).

7.4.3.1. Нейруляция

Самое начало органогенеза называют нейруляцией. Нейруляция охватывает процессы от появления первых признаков формирования нервной пластинки до замыкания ее в нервную трубку (рис. 7-10 и 7-11). Параллельно формируются хорда и вторичная кишка, а лежащая по бокам от хорды мезодерма расщепляется в краниокаудальном направлении на сегментированные парные структуры — сомиты. В гистологии и эмбриологии классического периода совокупность указанных преобразований, имеющих результатом возникновение нервной трубки, хорды, вторичной кишки и дифференцированной на сомиты мезодермы, нередко обозначали как первичный органогенез (в отличие от вторичного органогенеза – совокупности частных или локальных органогенезов отдельных органов) или формирование в эмбриогенезе хордовых животных комплекса осевых органов (см. также 7.4.3.3). По завершении собственно нейруляции закладывается структура, заслуживающая внимания, – нервный гребень, клетки которого, характеризуясь выраженной миграционной активностью, дают в организме зрелого взрослого животного, а также человека много различных производных – от меланоцитов (пигментных клеток) кожи до нейронов вегетативных экстрамуральных и интрамуральных нервных ганглиев или узлов (см. здесь же ниже).

Рис. 7-10. Последовательные стадии формирования нервной трубки и нервного гребня (поперечный срез зародыша): 1 — нервная пластинка, 2 — нервный гребень, 3 — эктодерма, 4 — хорда, 5 — нервная бороздка, 6 — невроцель, 7 — нервные валики.

Нервная система позвоночных, включая человека, отличается устойчивостью основного плана строения на протяжении всей эволюционной истории подтипа. В формировании нервной трубки у всех хордовых много общего. Вначале неспециализированная спинная эктодерма, отвечая на индукционное воздействие со стороны хордомезодермы, превращается в нервную пластинку, представленную нейроэпителиальными клетками цилиндрической формы.

Нервная пластинка недолго остается уплощенной. Вскоре ее боковые края приподнимаются, образуя нервные валики, которые лежат по обе стороны неглубокой продольной нервной бороздки. Края нервных валиков далее смыкаются, образуя замкнутую нервную трубку с каналом внутри — невроцелем. Раньше всего смыкание нервных валиков происходит на уровне начала спинного мозга, а затем распространяется в головном и хвостовом направлениях. Показано, что в морфогенезе нервной трубки большую роль играют микротрубочки и микрофиламенты нейроэпителиальных клеток. Разрушение этих клеточных структур колхицином приводит к тому, что нервная пластинка остается открытой. Несмыкание нервных валиков ведет к врожденным порокам развития нервной трубки.

После смыкания нервных валиков клетки, первоначально располагавшиеся между нервной пластинкой и будущей кожной эктодермой, образуют нервный гребень. Клетки нервного гребня отличаются способностью к обширным, но строго регулируемым миграциям по всему телу (см. 8.2.2), образуя два главных потока. Клетки одного из них — поверхностного — включаются в эпидермис или дерму кожи, где дифференцируются в пигментные клетки (меланоциты). Другой поток мигрирует в брюшном направлении и образует чувствительные спинномозговые ганглии, симпатические нервные узлы, мозговое вещество надпочечников, парасимпатические ганглии. Клетки из черепного отдела нервного гребня дают начало как нервным клеткам, так и ряду других структур, таких, как жаберные хрящи, некоторые покровные кости черепа.

7.4.3.2. Дифференцировка (ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ) мезодермы

Мезодерма, занимающая место по бокам от хорды и распространяющаяся далее между кожной эктодермой и энтодермой вторичной кишки, подразделяется на дорсальную и вентральную области. Дорсальная часть сегментирована и представлена парными сомитами. 3акладка сомитов идет от головного к хвостовому концу. Вентральная несегментированная часть мезодермы, имеющая вид тонкого слоя клеток, называется боковой пластинкой. Сомиты соединены с боковой пластинкой промежуточной мезодермой в виде сегментированных ножек сомитов.

Все области мезодермы постепенно дифференцируются (подвергаются дифференциации). Есть резон объяснить различия между понятиями “дифференировка” и “дифференциация”, которые в настоящее время нередко используются как синонимы. Мы считаем полезным, по крайней мере в дидактическом плане, разграничить названные понятия, используя первое для обозначения соответствующих изменений клеток (клеточная дифференцировка), тогда как второе – для обозначения соответствующих изменений структур (дифференциация мезодермы на сомиты, ножки сомитов и боковую пластинку, конечности – на плечо или бедро, предплечье или голень и т.д.).

В начале формирования сомиты имеют конфигурацию, характерную для эпителия с полостью внутри. Под индукционным воздействием, исходящим от хорды и нервной трубки, вентромедиальные части сомитов — склеротомы — превращаются во вторичную мезенхиму, выселяются из сомита и окружают хорду и вентральную часть нервной трубки. В конце концов, из них образуются позвонки, ребра и лопатки.

Дорсолатеральная часть сомитов подвергается дифференциации по двум направлениям. Области сомитов, обращенные к покровной эктодерме, образуют дерматомы, которые дают начало внутреннему слою кожи — дерме. Клетки, находящиеся с внутренней стороны дорсолатеральной части сомитов, формируют миотомы, из которых разовьются поперечнополосатые скелетные мышцы тела и конечностей. Из области ножек сомитов с зачатками нефротом и гонотом образуются органы выделения и половые железы.

Мезодерма, помимо уже описанных выше скелетных структур, скелетной мускулатуры, дермы кожи, органов выделительной и половой систем, образует сердечно-сосудистую систему, лимфатическую систему, плевру, брюшину и перикард. Из мезенхимы, имеющей смешанное происхождение за счет клеток трех зародышевых листков, развиваются все виды соединительной ткани, гладкая мускулатура, кровь и лимфа.

Несегментированные боковые пластинки расщепляются на два листка, ограничивающих вторичную полость тела — целом. Внутренний листок, прилежащий к энтодерме, называют висцеральным. Он окружает кишку со всех сторон и образует брыжейку, покрывает легочную паренхиму и мышцу сердца. Наружный листок боковой пластинки прилежит к эктодерме и называется париетальным. В дальнейшем он образует наружные листки брюшины, плевры и перикарда.

7.4.3.3. Дифференцировка (ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ) энтодермы

Энтодерма у всех зародышей в конечном счете образует эпителий вторичной кишки. Сама вторичная кишка всегда располагается под хордой.

Таким образом, в процессе нейруляции возникает комплекс осевых органов: нервная трубка, хорда, кишка, представляющих собой характернейшую черту организации тела всех хордовых. Одинаковое происхождение, развитие и взаимное расположение осевых органов выявляют их полную гомологию и эволюционную преемственность.

При углубленном рассмотрении и сравнении процессов нейруляции у конкретных представителей типа хордовых выявляются некоторые различия, которые связаны в основном с особенностями, зависящими от строения яйцеклеток, способа дробления и гаструляции (рис. 7-11). Обращают внимание отличающаяся форма зародышей и смещение времени закладки осевых органов друг относительно друга, т.е. описанная выше гетерохрония.

 

Рис. 7-11. Нейрулы различных хордовых животных. а — ланцетник; б — лягушка: в — цыпленок: 1 — нервная трубка, 2 — хорда, 3 — сомит, 4 — ножка сомита, 5 — вторичная кишка, 6 — боковая пластинка, 7 — энтодерма.

Эктодерма, мезодерма и энтодерма в ходе дальнейшего развития, взаимодействуя друг с другом (особая роль в морфогенезах принадлежит эпителио-мезенхимальным взаимодействиям), участвуют в формировании конкретных органов. Возникновение зачатка органа связано с местными изменениями определенного участка соответствующего зародышевого листка. Так, из эктодермы развиваются эпидермис кожи и его производные (перо, волосы, ногти, кожные и молочные железы), компоненты органов зрения, слуха, обоняния, эпителий ротовой полости, эмаль зубов. Важнейшие эктодермальные производные — нервная трубка, нервный гребень и образующиеся из них все нервные структуры.

Производными энтодермы являются эпителий желудка и кишки, клетки печени, секретирующие клетки поджелудочной, кишечных и желудочных желез. Энтодерма переднего отдела эмбриональной кишки образует эпителий легких и воздухоносных путей, а также секретирующие клетки передней и средней долей гипофиза, щитовидной и паращитовидной желез.

Зачаток конкретного органа формируется первоначально из определенного зародышевого листка, но затем орган усложняется, и в итоге в его формировании принимают участие два или три зародышевых листка.

7.4.4. Провизорные органы зародышей позвоночных

Провизорные, или временные, органы образуются в эмбриогенезе позвоночных животных для обеспечения жизненно важных функций зародыша, таких, как дыхание, питание, выделение, движение и другие. Недоразвитые органы формирующейся особи еще не способны функционировать по назначению, хотя обязательно играют какую-то роль в системе развивающегося целостного организма (например, выполняют функции эмбриональных индукторов). Как только зародыш достигает необходимой степени зрелости, когда большинство органов способны выполнять жизненно важные функции, временные органы рассасываются или отбрасываются.

Время образования провизорных органов зависит от того, какие запасы питательных веществ были накоплены в яйцеклетке и в каких условиях среды происходит развитие зародыша. У бесхвостых земноводных, например, благодаря достаточному количеству желтка в яйцеклетке и тому, что развитие идет в воде, зародыш осуществляет газообмен и выделяет продукты диссимиляции непосредственно через оболочки яйца и достигает стадии личинки - головастика. На этой стадии образуются провизорные органы дыхания (жабры), пищеварения и движения, приспособленные к водному образу жизни. Перечисленные личиночные органы дают возможность головастику продолжить развитие (о провизорных или временных органах и структурах у личинок, ведущих свободный образ жизни, при непрямом развитии, в частности, амфибий – см. также 7.1).

У пресмыкающихся и птиц запасов желтка в яйцеклетке больше, но развитие идет не в воде, а на суше. В связи с этим очень рано возникает потребность в обеспечении дыхания и выделения, а также и в защите от высыхания. У них уже в раннем эмбриогенезе, почти параллельно с нейруляцией, начинается формирование провизорных органов, таких, как амнион, хорион и желточный мешок. Чуть позднее формируется аллантоис. У плацентарных млекопитающих эти же провизорные органы образуются еще раньше, поскольку в яйцеклетке очень мало желтка. Развитие таких животных происходит внутриутробно, образование провизорных органов у них совпадает по времени с периодом гаструляции.

Наличие или отсутствие амниона и других провизорных органов лежит в основе деления позвоночных на две группы: Anamnia и Amniota (табл. 7-1). Эволюционно более древние позвоночные, развивающиеся исключительно в водной среде и представленные такими классами, как Круглоротые, Рыбы и Земноводные, не нуждаются в дополнительных водных оболочках и составляют группу анамний. К группе амниот относят первичноназемных позвоночных, т.е. тех, у кого эмбриональное развитие протекает в наземных условиях. Это три класса: Пресмыкающиеся, Птицы и Млекопитающие. Они относятся к высшим позвоночным, так как имеют высокоэффективные системы органов, обеспечивающие им существование в наиболее сложных условиях, каковыми являются условия суши. Эти классы насчитывают большое количество видов, вторично перешедших в водную среду. Таким образом, высшие позвоночные оказались в состоянии освоить все среды обитания. Подобное было бы невозможным, в том числе, без внутреннего осеменения и образования специальных провизорных эмбриональных органов, называемых также зародышевыми оболочками. К зародышевым оболочкам амниот относят амнион, хорион (серозу) и аллантоис. Появление провизорных эмбриональных органов съыграло свою позитивную роль в эволюции в мире животных, по-существу, обеспечив, наряду с рядом других ароморфозов, выход на сушу. На это обстоятельство в последней четверти позапрошлого (XIX) столетия обратил внимание Э.Геккель, введя в биологический обиход понятие “ ценогенезы ” (изменения, обеспечивающие приспособительную и прогрессивную эволюцию живых фыорм путем повышения выживаемости и оптимизации процесса индивидуального развития в эмбриогенезе - во внутриутробном развитии).

В строении и функциях провизорных органов различных амниот много общего. Характеризуя в самом общем виде провизорные органы зародышей высших позвоночных, следует отметить, что все они развиваются из клеточного материала уже сформировавшихся зародышевых листков. Некоторые особенности имеются в развитии зародышевых оболочек плацентарных млекопитающих, о чем будет сказано ниже.

Амнион (амниотическая оболочка) представляет собой мешок, заключающий зародыш и заполненный амниотической жидкостью. Он образован внезародышевыми эктодермой и соматоплеврой. Эктодермальная часть амниотической оболочки специализирована для секреции и поглощения амниотической жидкости, омывающей зародыш. Амнион играет первостепенную роль в защите зародыша от высыхания и от механических повреждений, создавая для него наиболее благоприятную водную среду. Мезодермальная часть амниона (соматоплевра) дает начало гладким мышечным волокнам. Сокращения этих мышц вызывают пульсацию амниона, а медленные колебательные движения, сообщаемые при этом зародышу, по-видимому, способствуют тому, что его растущие части не мешают друг другу.

Хорион (сероза) — самая наружная зародышевая оболочка, прилежащая к скорлупе или материнским тканям (хорион, плодная часть плаценты), возникающая, как и амнион, из эктодермы и соматоплевры. Эта оболочка служит для обмена между зародышем и окружающей средой. У яйцекладущих видов основная функция серозы — участие в дыхании (газообмене); у млекопитающих хорион выполняет гораздо более обширные функции, участвуя помимо дыхания в питании, выделении, фильтрации, а также в синтезе некоторых веществ, например, гормонов.

Желточный мешок образован из внезародышевых энтодермы и висцеральной мезодермы. Он напрямую связан с кишечной трубкой зародыша. У видов, в яйцеклетках которых много желтка, он принимает участие в питании. У птиц, например, в мезодермальной части желточного мешка развивается сосудистая сеть. Желток не проходит через желточный проток, соединяющий мешок с кишкой. Сначала он переводится в растворимую форму под действием пищеварительных ферментов, продуцируемых энтодермальными клетками стенки мешка. Затем попадает в сосуды и с кровью разносится по всему телу зародыша.

У млекопитающих нет запасов желтка, и сохранение желточного мешка может быть связано с какими-то важными вторичными функциями. Энтодерма желточного мешка служит местом образования первичных половых клеток (или их скопления перед началом перемещения в закладку половой железы), мезодерма продуцирует форменные элементы крови зародыша. Кроме того, желточный мешок млекопитающих заполнен жидкостью, отличающейся высокой концентрацией аминокислот и глюкозы, что указывает на возможность участия желточного мешка в белковом обмене. Судьба желточного мешка у разных позвоночных животных различна. У птиц к концу периода инкубации остатки желточного мешка уже находятся внутри зародыша, после чего он быстро исчезает и к концу 6-х суток после вылупления птенца полностью рассасывается. У млекопитающих желточный мешок бывает развит по-разному. У хищников он сравнительно большой, с сильно развитой сетью сосудов, а у приматов быстро сморщивается и исчезает до родов.

Аллантоис развивается несколько позднее других провизорных органов. Он представляет собой мешковидный вырост вентральной стенки задней кишки. Следовательно, он образован энтодермой изнутри и висцеральной мезодермой спланхнотома снаружи. У рептилий и птиц аллантоис быстро дорастает до хориона и выполняет несколько функций. Прежде всего, это вместилище для мочевины и мочевой кислоты, которые представляют собой конечные продукты обмена азотсодержащих органических веществ. В стенке аллантоиса хорошо развита сосудистая сеть, благодаря чему вместе с хорионом он участвует в газообмене. При вылуплении наружная часть аллантоиса отбрасывается, а внутренняя — сохраняется в виде мочевого пузыря.

У многих млекопитающих аллантоис хорошо развит и вместе с хорионом образует хориоаллантоисную плаценту. Термин плацента означает тесное наложение или слияние зародышевых оболочек с тканями родительского организма. У приматов и некоторых других млекопитающих энтодермальная часть аллантоиса рудиментарна, а мезодермальные клетки образуют плотный тяж, протягивающийся от клоакального отдела к хориону. По мезодерме аллантоиса к хориону растут сосуды, посредством которых плацента выполняет выделительную, дыхательную и питательную функции.

Доступнее и проще изучить образование и строение зародышевых оболочек (провизорных эмбри- ональных органов) на примере зародыша курицы. На стадии нейрулы три зародышевых листка непосредственно переходят от зародыша к внезародышевой части, никак от нее не отграничиваясь. По мере того как зародыш приобретает форму, вокруг него образуется несколько складок, которые подсекают зародыш, отделяют его от желтка и устанавливают четкие границы между зародышем и внезародышевыми областями. Они называются туловищными складками (рис. 7-12).

Рис. 7-12. Образование туловищных складок и зародышевых оболочек у зародыша цыпленка. а — продольный срез; б — поперечный срез: 1 — эктодерма, 2 — мезодерма, 3 — зачаток мозга, 4 — глоточная мембрана, 5 — нервная трубка, 6 — хорда, 7 — клоачная мембрана, 8 — хорион, 9 — амнион, 10 — экзоцелом, 11 — аллантоис, 12 — область пупка, 13 — зачаток сердца, 14 — энтодерма, 15 — закладка кишечника, 16 — туловищные складки, 17 — желточный мешок.

Первой образуется головная складка. Она подсекает снизу головную часть. Задние концы этой складки переходят в боковые туловищные складки, отграничивающие туловище зародыша с боков. Хвостовая складка отграничивает задний конец зародыша. Постепенно сужается ножка, соединяющая среднюю кишку и желточный мешок, образуются передний и задний отделы кишки. Одновременно из эктодермы и прилежащей к ней соматоплевры образуется сначала головная складка (рис. 7-13), которая, как капюшон, нарастает на зародыш сверху. Концы головной складки образуют по бокам амниотические валики. Они растут поверх зародыша навстречу друг другу и срастаются, образуя сразу стенки амниона, прилежащего к зародышу, и хориона, располагающегося снаружи.

Рис. 7-13. Куриный зародыш около 40 ч инкубации: 1 — головная складка амниона, 2 — нервная трубка, 3 — сомиты.

Позднее образуется аллантоис (рис. 7-14). Общий вид куриного зародыша на 6-е сутки инкубации изображен на рис. 7-15. У различных млекопитающих процессы образования провизорных органов более или менее похожи на описанные выше. Особенности развития их у приматов, в том числе у человека, см. 7.5

Рис. 7-14. Образование аллантоиса у зародыша цыпленка (продольный срез хвостовой части): 1 — желточный мешок, 2 — средняя кишка, 3 — аорта, 4 — хорда, 3 — нервная трубка, 6 — эктодерма, 7 — амнион, 8 — хорион, 9 — полость амниона, 10 — ал­лантоис, 11 — экзоцелом.

Рис. 7-15. Куриный зародыш на 6-е сутки инкубации (белок и хорион удалены, аллантоис сдвинут вверх): 1 — аллантоис, 2 — амнион, 3 — зародыш, 4 — сосуды желточного мешка.

7.5. Эмбриональное развитие млекопитающих

7.5.1. Периодизация и раннее эмбриональное развитие

Изучение пренатального и, в частности, эмбрионального развития человека (отечественные акушеры предпочитают говорить о внутриутробном развитии) очень важно, так как помогает лучше понять взаимосвязи между органами и физиологическими системами зрелой особи, а также механизмы возникновения врожденных аномалий и пороков развития. В эмбриональном развитии разных видов млекопитающих есть общие черты, но существуют и различия. У всех плацентарных, например, процессы раннего эмбриогенеза существенно отличаются от таковых, ранее описанных у других позвоночных. Вместе с тем и среди плацентарных есть видовые особенности.

Дробление зиготы человека характеризуется следующими чертами. Плоскость первого деления проходит через полюса яйцеклетки, т.е., как и у других позвоночных, является меридианной. При этом один из образующихся бластомеров оказывается крупнее другого, что указывает на неравномерность дробления. Два первых бластомера вступают в следующее деление асинхронно. Борозда проходит по меридиану и перпендикулярно первой борозде. Таким образом, возникает стадия трех бластомеров. Во время деления меньшего бластомера происходит поворот пары образующихся более мелких бластомеров на 90° так, что плоскость борозды деления оказывается перпендикулярной к первым двум бороздам. Аналогичное расположение бластомеров на 4-клеточной стадии описано у мыши, кролика, норки и обезьяны (рис. 7-16). Благодаря асинхронному дроблению могут быть стадии с нечетным числом бластомеров — 3, 5, 7, 9, которые, вследствие отсутствия стадии роста, отличаются своими размерами. Таким образом, дробление человека полное асинхронное неравномерное.

Рис. 7-16. Ранние стадии дробления зиготы кролика: I — плоскость первой борозды дробления, IIа — плоскость второй борозды дробления одного из первых двух бластомеров, IIб — плоскость второй борозды дробления второго из первых двух бластомеров.

В результате дробления образуется скопление клеток — морула. Поверхностно расположенные бластомеры образуют клеточный слой, а бластомеры, лежащие внутри морулы, группируются в центральный клеточный узелок. Вскоре внутри морулы появляется жидкость, образуется полость (бластоцель), и зародыш превращается в бластулу в виде бластоцисты. Формирование морулы происходит на стадии 16-ти бластомеров, а кавитация (образование полости) начиная со стадии 32-х бластомеров.

В бластоцисте различают наружный слой клеток (трофобласт) и внутреннюю клеточную массу (зародышевый узелок или эмбриобласт). Внутренняя клеточная масса оттеснена жидкостью к одному из полюсов бластоцисты (эмбриональный полюс бластулы). Позднее из трофобласта разовьется наружная зародышевая оболочка—хорион, а из эмбриобласта — сам зародыш и некоторые внезародышевые органы. Собственно зародыш развивается из небольшого числа клеток зародышевого узелка.

Стадия дробления протекает под блестящей оболочкой. На рис. 7-17 изображены ранние стадии эмбриогенеза человека с указанием, где в материнском организме располагается зародыш. Дробление человеческой зиготы и возникновение бластоцисты представлены на рис. 7-18 и 7-19.

Рис. 7-17. Овуляция, оплодотворение и человеческий зародыш на 1-й неделе развития: 1 — яичник, 2 — овоцит II порядка (овуляция), 3 — яйцевод, 4 — оплодотворение, 5 — зигота, 6 — зародыш на стадии двух бластомеров, 7 — зародыш на стадии четырех бластомеров, 8 — зародыш на стадии восьми бластомеров, 9 — морула, 10, 11 — бластоциста, 12 — задняя стенка матки.

Рис. 7-18. Дробление зиготы человека. а — два бластомера; б — три бластомера; в — четыре бластомера; г — морула; д— разрез морулы; е, ж — разрез ранней и поздней бластоцисты: 1 — эмбриобласт, 2 — трофобласт, 3 — бластоцель.

Рис. 7-19. Бластоциста зародыша человека (срез): 1 — эмбриобласт, 2 — трофобласт, 3 — бластоцель.

Примерно на 6–7-е сутки после оплодотворения зародыш, который уже 2–3 сут свободно плавал в полости матки, готов к имплантации, т.е. к погружению в ее слизистую оболочку. Под действием ферментов, выделяемых трофобластом, блестящая оболочка частично разрушается и зародыш выходит из нее («вылупляется»). При участии белков-интегринов, синтезируемых и эпителием матки, и клетками трофобласта, бластула своим эмбриональным полюсом прикрепляется к стенке матки. Вступив в контакт с материнскими тканями, клетки трофобласта быстро размножаются и, выделяя протеолитические ферменты, разрушают эти ткани. Это вызывает реакцию стенки матки, сопровождающуюся активным образованием сосудов в месте имплантации. Нарушение синтеза интегринов и необходимых для имплантации ферментов делает этот процесс невозможным, что в свою очередь ведет к гипоксии и гибели зародыша. В ходе имплантации трофобласт дифференцируется на два слоя: внутренний, называемый цитотрофобластом, поскольку он сохраняет клеточное строение, и наружный, называемый синцитиотрофобластом, поскольку он представляет собой клеточный синцитий. На рис. 7-20 показан зародыш человека в процессе имплантации.

Рис. 7-20. Последовательные стадии имплантации и развития зародыша человека в конце 1-й и на 2-й неделе. а — бластоциста; б — бластоциста в самом начале имплантации (7-е сутки развития); в — частично имплантировавшаяся бластоциста (8-е сутки развития); г — зародыш на 9–10-е сутки развития; д — зародыш на 13 — е сутки развития: 1 — эмбриобласт, 2 — бластоцель, 3 — трофобласт, 4 — полость амниона, 5 — гипобласт, 6 — синцитиотрофобласт, 7 — цитотрофобласт, 8 — эпибласт, 9 — амнион, 10 — лакуна трофобласта, 11 — эпителий матки, 12 — ножка тела, 13 — почка аллантоиса, 14 — желточный меток, 15 — внезародышевый целом, 16 — ворсинка хориона, 17 — первичный желточный мешок, 18 — вторичный желточный мешок.

Гаструляция у млекопитающих тесно связана с другими эмбриональными преобразованиями. Одновременно с разделением трофобласта на два слоя происходит уплощение зародышевого узелка, и он превращается в двухслойный зародышевый щиток. Нижний слой щитка — гипобласт, или первичная энтодерма, по мнению большинства авторов, образуется путем деламинации внутренней клеточной массы, примерно так, как это происходит в зародышевом диске птиц. Первичная энтодерма полностью расходуется на образование внезародышевой энтодермы. Выстилая полость трофобласта, она образует первичный желточный мешок млекопитающих.

Верхний клеточный слой — эпибласт — источник будущей эктодермы, мезодермы и вторичной энтодермы. На 3-й неделе в эпибласте образуется первичная полоска, развитие которой сопровождается почти такими же перемещениями клеточных масс, как и при образовании первичной полоски птиц (рис. 7-21). В головном конце первичной полоски образуются гензеновский узелок и первичная ямка, гомологичные спинной губе бластопора других позвоночных. Клетки, которые перемещаются в области первичной ямки, направляются под эпибластом в сторону прехордальной пластинки.

Рис. 7-21. Развитие зародыша человека на стадии первичной полоски (15–17-е сутки). a — вид на зародыш сверху (амнион снят); б — продольный срез; в — поперечный срез через первичную полоску: 1 — гензеновский узелок, 2 — первичная полоска, 3 — хорда, 4 — прехордальная пластинка, 5 — амнион, 6 — желточный мешок, 7 — эктодерма. 8 — мезодерма, 9 — энтодерма. (на рисунке убрать внизу “В””!! Также дважды повторены “а” и “б”!!!).

Прехордальная пластинка находится на головном конце зародыша и обозначает место будущей ротоглоточной мембраны. Клетки, перемещающиеся по центральной оси, образуют зачаток хорды и мезодермы и составляют хордомезодермальный отросток. Гензеновский узелок постепенно смещается к хвостовому концу зародыша, первичная полоска укорачивается, а зачаток хорды удлиняется. По бокам от хордомезодермального отростка образуются мезодермальные пластинки, которые расширяются в обе стороны. Рис. 7-22 дает представление о дифференциации зародышевых листков млекопитающих животных.

 

Рис. 7-22. Дифференциация зародышевых листков млекопитающих

К концу 3-й недели в эктодерме зародыша над зачатком хорды образуется нервная пластинка. Она состоит из высоких цилиндрических клеток. В центре нервной пластинки образуется прогиб в виде нервного желоба, а по бокам его возвышаются нервные валики. Это начало нейруляции. В средней части зародыша происходит смыкание нервных валиков — образуется нервная трубка. Затем смыкание распространяется в головном и хвостовом направлениях. Нервная трубка и прилежащие к ней участки эктодермы, из которых в дальнейшем развивается нервный гребень, полностью погружаются и отделяются от эктодермы, срастающейся над ними (см. рис. 7-10). Полоска клеток, лежащая под нервной трубкой, превращается в хорду. По бокам от хорды и нервной трубки в средней части зародыша появляются сегменты спинной мезодермы — сомиты. К концу 4-й недели они распространяются к головному и хвостовому концам, их число достигает примерно 40 пар.

К этому же времени относится начало формирования вторичной кишки, закладок сердца и сосудистой сети желточного мешка. На рис. 7-23 видны соотношения размеров зародыша и внезародышевых органов на 21-е сутки развития. На рис.7-24, где изображены не только общий вид зародыша, но и планы разрезов. Обращает внимание быстрое (за 7 сут 4-й недели) формирование зародыша в виде вытянутого в длину и изогнутого тела, приподнятого и отсеченного туловищными складками от желточного мешка. За это время закладываются все сомиты, четыре пары жаберных дуг, сердечная трубка, почки конечностей, средняя кишка, а также «карманы» передней и задней кишки.

Рис. 7-22. Дифференциация зародышевых листков млекопитающих

Рис. 7-23. Зародыш и внезародышевые органы человека на 21-е сутки развития:1 — амнион, 2 — зародыш, 3 — хорион, 4 — третичная ворсина, 5 — материнская кровь, 6 — желточный мешок.

Рис. 7-24. Развитие зародыша человека на 4-й неделе. а₁б₁в₁ — общий вид; а₂б₂в₂ — продольный срез; а₃б₃в₃ — поперечный срез; а₁а₂а₃ — 22 сут; б₁б₂б₃ — 24 сут; в₁в₂в₃ — 28 сут: 1 — уровень поперечного среза, 2 — ротоглоточная мембрана, 3 — мозг, 4 — клоачная мембрана, 5 — желточный мешок, 6 — амнион, 7 — сомиты, 8 — нервная трубка, 9 — хорда, 10 — парные закладки брюшной аорты, 11 — сердечный выступ, 12 — сердце, 13 — головная туловищная складка. 14 — хвостовая туловищная складка, 15 — ножка тела, 16 — аллантоис, 17 — боковые туловищные складки, 18 — нервный гребень, 19 — спинная аорта, 20 — средняя кишка, 21 — жаберные дуги, 22 — почка передней конечности, 23 — почка задней конечности, 24 — хвост, 25 — перикард, 26 — карман задней кишки, 27 — пупочный канатик, 28 — карман передней кишки, 29 — спинная брыжейка, 30 — нервный узел заднего корешка, 31 — внутризародышевый целом.

В следующие 4 нед эмбрионального развития закладываются все основные органы. Нарушение процесса развития в этот период ведет к наиболее грубым и множественным врожденным порокам развития.

Развитие внезародышевых провизорных органов у млекопитающих и человека имеет особенности. Эти органы образуются очень рано, одновременно с гаструляцией, и несколько иначе, чем у других амниот. Начало развития хориона и амниона приходится на 7–8-е сутки, т.е. совпадает с началом имплантации. Хорион возникает из трофобласта, который уже разделился на цитотрофобласт и синцитиотрофобласт. Последний под влиянием контакта со слизистой оболочкой матки разрастается и разрушает ее. К концу 2-й недели образуются первичные ворсинки хориона в виде скопления эпителиальных клеток цитотрофобласта. В начале 3-й недели в них врастает мезодермальная мезенхима и возникают вторичные ворсинки, а когда к концу 3-й недели внутри соединительнотканной сердцевины появляются кровеносные сосуды, их называют третичными ворсинками. Область, где тесно прилежат ткани хориона и слизистая оболочка матки, называют плацентой. Обращаем внимание на то, что процесс плацентации следует отличать от процесса имплантации.

У человека, как и у других приматов, сосуды материнской части плаценты утрачивают свою непрерывность и ворсинки хориона фактически омываются кровью и лимфой материнского организма. Такая плацента называется гемохориалыюй. По мере развития беременности ворсинки увеличиваются в размерах, разветвляются, но кровь плода с самого начала и до конца изолирована от материнской крови плацентарным барьером.

Плацентарный барьер состоит из трофобласта, соединительной ткани и эндотелия сосудов плода. Этот барьер проницаем для воды, электролитов, питательных веществ и продуктов диссимиляции, а также для антигенов эритроцитов плода и антител материнского организма, некоторых токсических веществ и гормонов. Клетками плаценты вырабатывается четыре гормона, в том числе хорионический гонадотропин, который обнаруживается в моче беременной женщины со 2–3-й недели беременности. Следует признать, что на настоящее время проницаемсть плацентарного барьера недостаточно изучена.

Амнион возникает путем расхождения клеток эпибласта внутренней клеточной массы. Амнион человека называют шизамнионом (см. рис. 7-20) в отличие от плеврамниона птиц и некоторых млекопитающих. Амниотическая полость некоторое время ограничена клетками эпибласта и частично участком трофобласта. Затем боковые стенки эпибласта образуют складки, направленные вверх, которые впоследствии срастаются. Полость оказывается полностью выстланной эпибластическими (эктодермальными) клетками. Снаружи амниотическую эктодерму окружают внезародышевые мезодермальныс клетки. Амниотическая жидкость содержит разнообразные вещества, такие, как белки, углеводы, соли, микроэлементы, гормоны и др. Ее состав меняется в ходе развития, кроме того, она постоянно обновляется. В процессе развития зародыша она играет важную роль при формировании носовой и ротовой полостей, органов пищеварения и дыхания.

Желточный мешок появляется, когда от внутренней клеточной массы отделяется тонкий слой гипобласта и его внезародышевые энтодермальныс клетки, перемещаясь, выстилают изнутри поверхность трофобласта. Образовавшийся первичный желточный мешок на 12–13-е сутки спадается и преобразуется во вторичный желточный мешок, связанный с зародышем желточным протоком. Энтодермальные клетки покрываются снаружи внезародышевой мезодермой. На третьей неделе развития в стенке желточного мешка начинают обнаруживаться первичные половые клетки, клетки крови и кровеносные сосуды. До 7–8-й недели развития этот желточный мешок является основным кроветворным органом зародыша.

Аллантоис возникает у зародыша человека, как и у других амниот, в виде кармана вентральной стенки задней кишки, но его энтодермальная полость остается рудиментарной структурой. Тем не менее, в его стенках развивается обильная сеть сосудов, соединяющаяся с главными кровеносными сосудами зародыша. Мезодерма аллантоиса соединяется с мезодермой хориона, отдавая в него кровеносные сосуды, которые примерно до второго месяца эмбриогенеза обеспечивают питание развивающегося зародыша. Таким образом происходит васкуляризация хориоаллантоисной плаценты.

Некоторые этапы и сроки развития органов у зародышей человека представлены в табл. 7-4.

Таблица 7-4. Основные периоды и события в раннем онтогенезе человека

7.5.2. Примеры органогенезов человека, отражающих эволюцию вида

В этом разделе будут рассмотрены некоторые морфогенетические процессы, иллюстрирующие следующие общебиологические моменты:

Ú значение межклеточных, тканевых и межорганных взаимодействий в морфогенезе;

Ú отражение в морфогенезе человека эволюционно более древних черт организации позвоночных;

Ú особенности органогенезов, позволяющие оценить стадию и механизмы нарушений развития при тех или иных врожденных пороках.

Сегментарное строение позвоночника отражает его происхождение из сомитов зародыша. Кроме того, формирование позвонков тесно связано с хордой и спинным мозгом. Тела позвонков образуются из мигрирующих по направлению к хорде и окружающих ее скоплений мезенхимных клеток, которые происходят из склеротомов. В образовании тел позвонков участвуют мезенхимные клетки двух лежащих рядом пар сомитов, в связи с чем тела позвонков находятся не на уровне сомитов, а между ними. В то же время мышцы, развивающиеся из миотомов сомитов, как бы перекидываются через межпозвонковые сочленения и обеспечивают движение позвонков.

Дужки позвонков образуются из скопления мезенхимных склеротомных клеток, распространяющихся в спинном направлении, а поперечные отростки и ребра образуются из скоплений клеток, мигрирующих вбок. Спинной мозг и спинномозговые ганглии участвуют в морфогенезе спинных дужек позвонков. Если удалить спинномозговые ганглии, то хрящ спинных дужек формируется, но имеет вид несегментированного стержня (рис. 7-25).

Рис. 7-25. Развитие спинных дужек позвонков у куриного зародыша. а — нормальное развитие; б — после удаления спинномозговых ганглиев: 1 — спинная дужка, 2 — тело позвонка, 3 — спинномозговой узел, 4 — спинной мозг, 5 — хорда, 6 — несегментированные спинные дужки позвонков.

Постепенно изменяется гистологическое строение позвонков. На протяжении 4–5-й недель образуются мезенхимные позвонки, на 6-й неделе появляются очаги хондрогенеза, а затем на 8-й неделе начинается окостенение, продолжающееся почти до 25 лет. Участки хорды, расположенные внутри тел позвонков, постепенно исчезают. Внутри межпозвонковых дисков хорда сохраняется в виде слизеподобной структуры, известной под названием nucleus pulposus.

Формирование среднего уха связано с онтогенетическими преобразованиями первой и второй висцеральных (жаберных) дуг. На рис. 7-26 схематично показаны области головы и шеи на 4-й и 24-й неделях развития человека. На 4-й неделе у эмбриона в головной и шейной областях справа и слева закладываются висцеральные (жаберные) дуги. Изнутри, со стороны глотки между ними образуются глоточные карманы (рис. 7-27). Это выпячивания энтодермы, растущие вбок. Снаружи, соответственно глоточным, впячиваются внутрь эктодермальные жаберные карманы.

Рис. 7-26. Голова и шея зародыша человека, вид сбоку. а — на 4-й неделе; б — на 24-й неделе: 1 — первая дуга, 2 — местоположение развивающегося внутреннего уха, 3 — вторая дуга, 4 — третья дуга, 5 — четвертая луга, 6 — молоточек. 7 — наковальня, 8 — стремечко, 9 — шиловидный отросток, 10 — большой рог подъязычной кости, 11 — щитовидный хрящ, 12 — перстневидный хрящ, 13 — тело подъязычной кости, 14 — малый рог, 15 — нижняя челюсть; закладки висцеральных дуг (А) и развивающиеся из них органы (Б) обозначены одинаковой штриховкой.

Рис. 7-27. Жаберная область 5-ти недельного зародыша человека (покровная эктодерма и мезенхима удалены). 1 — глоточные карманы, 2 — пищевод, 3 — трахея и легочная почка, 4 — стомодеум, 5 — стомодеальная (ротовая) пластинка, 6 — зачаток щитовидной железы, 7 — 4-я аортальная дуга, 8 — 6-я аортальная дуга, 9 — редуцирующиеся 1-я и 2-я аортальные дуги, 10 — спинная нисходящая аорта, 11 — брюшная восходящая аорта (артериальный мешок).

Энтодерма и эктодерма первого глоточного и жаберного карманов приходят в контакт на 4-й неделе развития (рис. 7-28, а). Контакт продолжается недолго, слепой конец глоточного кармана отходит от поверхности и окружается мезенхимой (рис. 7-28, б). Из дистальной части глоточного кармана начинает развиваться полость среднего уха (барабанная полость), а из проксимальной части образуется слуховая (евстахиева) труба. Из мезенхимы в дальнейшем образуются закладки слуховых косточек, служащих для проведения звука (рис. 7-28, в). Молоточек и наковальня происходят из первой висцеральной дуги, стремечко — из дорсальной части второй висцеральной дуги. Мышцы и нервы, связанные с косточками среднего уха, формируются из области первой и второй висцеральных дуг.

Рис. 7-28. Развитие среднего уха, фронтальный разрез. а — на 4-й неделе; б — на 5-й неделе; в — более поздние стадии; 1 — первая жаберная пластинка, 2 — первый жаберный карман, 3 — первая висцеральная (жаберная) дуга, 4 — слуховой пузырек, 5 — первый глоточный карман, 6 — производные первой висцеральной дуги, 7 — производное второй висцеральной дуги, 8 — трубобарабанная полость, 9 — пробка наружного слухового прохода. 10 — первичный наружный слуховой проход, 11 — молоточек, 12 — наковальня, 13 — стремечко, 14 — барабанная полость, 15 — слуховая (евстахиева) труба.

В конце внутриутробной жизни и в течение нескольких месяцев после рождения эмбриональная соединительная ткань, находящаяся в барабанной полости, рассасывается. Только после этого косточки приобретают подвижность, и колебания барабанной перепонки могут свободно передаваться на мембрану овального окна внутреннего уха.

В формировании структур лицевой области и ротовой полости принимают участие клетки экто- и мезодермы. Большая часть структур лицевой области развивается из масс мезенхимных клеток эктодермального происхождения, мигрирующих из нервного гребня. Из этой мезенхимы развиваются соединительная, хрящевая и костная ткани и ткань пульпы зубов. Поперечнополосатая мускулатура мышц лица и глотки формируется из мезенхимы мезодермального происхождения.

Ротовая полость образована эктодермальным впячиванием стомодеумом, примыкающим к слепо заканчивающейся передней кишке. Их разделяет тонкая стомодеальная (ротовая) пластинка, состоящая из эктодермального (со стороны стомодеума) и энтодермального (со стороны кишки) листков (см. рис. 7-27). Эта пластинка прорывается в конце 4-й недели развития, и ротовая полость соединяется с первоначально слепо замкнутой кишечной трубкой.

Околоушные слюнные железы развиваются из эктодермы стомодеума, а подъязычные и подчелюстные слюнные железы — из энтодермы вентральной части глотки.

У 5-недельного зародыша ротовое отверстие ограничено следующими структурами (рис. 7-29, а): по средней линии выше ротовой полости находится округлая нависающая область — лобный (фронтальный) выступ; по бокам от него располагаются подковообразные возвышения, окружающие обонятельные ямки. Средние отростки этих возвышений называются медиальные носовые, а боковые — латеральные носовые отростки. Из верхних боковых углов ротовой полости по направлению к средней линии растут верхнечелюстные отростки.

Рис. 7-29. Последовательные этапы формирования лица (вид спереди). а — на 5-й неделе, б — на 10-й неделе. 1 — стомодеум, 2 — лобный (фронтальный) выступ, 3 — медиальный носовой отросток, 4 — латеральный носовой отросток, 5 — обонятельная ямка, 6 — верхнечелюстной отросток, 7 — закладка нижнечелюстной дуги, 8 — фильтрум, 9 — глаз.

Ограничивающая ротовую полость снизу нижняя челюсть формируется из парных закладок нижнечелюстной дуги. Вначале они (закладки) появляются с каждой стороны от средней линии, затем, увеличиваясь, приближаются навстречу друг другу и срастаются.

В течение 6-й недели происходит быстрое развитие верхней челюсти. Верхнечелюстные отростки растут по направлению к средней линии. Одновременно с этим носовые отростки увеличиваются, оттесняя наверх расположенную между ними нижнюю часть лобного выступа. Особенно интенсивно растут медиальные носовые отростки, которые смещаются по направлению к средней линии и сливаются друг с другом, а затем срастаются с верхнечелюстными отростками, образуя на 10-й неделе развития полную верхнечелюстную дугу. Кожная эктодерма над слившимися медиальными отростками формирует фильтрум — продольный желобок над верхней губой под носом (рис. 7-29, б).

К концу второго месяца развития, когда образуется верхняя челюсть, начинает развиваться твердое небо. В его формировании, так же как и в образовании верхней челюстной дуги, участвуют средние носовые и верхнечелюстные отростки (рис. 7-30, а). Из срединной области верхней челюсти, возникшей в результате срастания средних носовых отростков, формируется небольшая треугольной формы часть — первичное небо. Основная часть — вторичное нёбо — развивается из латеральных небных выростов, которые появляются на верхней челюсти (рис. 7-30, б). Сначала они направлены вниз, а затем края нёбных отростков поднимаются вверх и к средней линии. Они контактируют и сливаются с образованием шва неба. Сформировавшаяся основная часть нёба разделяет самую верхнюю часть исходной стомодеальной полости. Вторичное небо срастается с первичным, и к их краниальной поверхности прирастает носовая перегородка (рис. 7-30, в). Таким образом, одновременно с отделением носовой полости от ротовой происходит ее разделение на правую и левую половины.

Рис. 7-30. Формирование твердого неба. а — схематичное изображение верхней челюсти (вид со стороны ротовой полости), б — 10-я неделя развития (вид со стороны ротовой полости), в — 8-я неделя развития (фронтальный срез), г — 8-я неделя развития (вид со стороны ротовой полости). 1 — верхнечелюстной отросток, 2 — слившиеся медиальные носовые отростки, 3 — первичное небо, 4 — вторичное небо (латеральные небные выросты), 5 — фильтрум губы, 6 — верхняя челюсть с резцами, 7 — латеральный небный вырост, 8 — носовая перегородка, 9 — ротовая полость, 10 — носовая полость, 11 — язык, 12 —глаз.

В начальный период своего формирования (на 5-й неделе эмбриогенеза) язык представляет собой как бы мешок, образованный слизистой оболочкой, заполняющийся растущей мышечной массой. Предположительно слизистая оболочка языка возникает из эктодермы стомодеума, а мышцы происходят из затылочных миотомов.

В формировании слизистой оболочки языка участвует несколько структур дна ротовой полости. Тело языка образуется при срастании парных латеральных утолщений — латеральных язычных бугорков и расположенного между ними небольшого срединного возвышения, называемого tuberculum impar (рис. 7-31). Предположительно тело языка является производным области первой висцеральной дуги. В формировании корня языка принимает участие сорulа (скоба) — срединное возвышение, расположенное позади tuberculum impar и включающее материал областей второй, третьей и четвертой висцеральных (жаберных) дуг. После срастания всех закладок и окончательного формирования языка его тело отделено от корня терминальной бороздой (sulcus terminalis), в центре которой находится слепое отверстие (foramen cоecum) — след впячивания дна глотки, из которого возникает закладка щитовидной железы (см. рис. 7-27). Именно оно считается границей между телом и корнем языка.

Рис. 7-31. Развитие языка. а — 5-недельный зародыш, б — 5-месячный плод. 1 — латеральный язычный бугорок, 2 — tuberculum impar, 3 — copula (скоба), 4 — foramen coecum, 5 — терминальная борозда, 6 — тело языка, 7 — корень языка, 8 — закладка надгортанного хряща, 9 — голосовая щель, 10 — черпаловидный бугорок, 11 — надгортанник, небная миндалина. I–IV — номера висцеральных дуг.

Позднее язык почти полностью отделяется от дна ротовой полости, и связь между ними сохраняется в виде складки слизистой оболочки — уздечки языка.

Интересный пример органогенеза — формирование зубов, в котором участвуют покровная эктодерма — эпителий стомодеума (эмаль) и мезенхимные клетки, происходящие из нервного гребня (дентин, цемент и пульпа) (рис. 7-32). В ходе развития между мезенхимными и эпителиальными структурами отмечаются индукционные взаимодействия.

Рис. 7-32. Постоянные зубы человека. 1 — резцы, 2 — клыки, 3 — малые коренные зубы, 4 — большие коренные зубы.

В течение жизни развивается два поколения зубов. Смена зубов происходит в детстве. Молочных зубов насчитывается 20: по 10 в верхней и в нижней челюсти. Молочные зубы полностью прорезываются приблизительно в возрасте 2 лет. Этот набор зубов служит ребенку последующие 4 года, после чего молочные зубы постепенно выпадают и замещаются постоянными зубами, которые функционируют у человека в оставшуюся часть жизни. Период смены зубов продолжается приблизительно от 6 до 12 лет. Постоянных зубов 32: 16 верхних и 16 нижних (добавляются большие коренные зубы) - см. рис. 7-32.

По форме они сходны с молочными, но имеют более крупные размеры.

Закладка и образование зубных зачатков молочных зубов начинается с 6–7 нед внутриутробного развития. Эпителий ротовой полости погружается в подлежащую мезенхиму в виде плотного тяжа, называемого зубная пластинка (рис. 7-33). На зубной пластинке появляются мелкие эпителиальные выпячивания — зубные зачатки, из которых будут развиваться молочные зубы. По мере роста зубной пластинки каждый зубной зачаток увеличивается в размере, глубже внедряется в мезенхиму и принимает форму перевернутой чаши. Эта структура образует эмалевый орган, а нижележащая мезенхима, заполняющая полость чаши, формирует зубной сосочек. В дальнейшем развитии последний образует пульпу зуба.
 На 3-м месяце внутриутробного развития эмалевый орган увеличивается в размерах, изменяет форму и постепенно отделяется от зубной пластинки. Форму будущего зуба определяет мезенхимный компонент. При сочетании in vitro мезенхимы закладки коренного зуба (моляра) с эпителиальным компонентом закладки резца, развивается моляр. И наоборот, в результате комбинации эктодермы моляра и мезенхимы резца развивается резец.

Рис. 7-33. Развитие зуба. а — 8-недельный зародыш б — 10-недельный плод, в — 3-месячный плод, г — 6-месячный плод, д — после прорезывания. 1 — эпителий ротовой полости, 2 — зубная пластинка, 3 — мезенхима, 4 — зачаток молочного зуба, 5 — эмалевый орган, 6 — внутренний слой эмалевого органа, 7 — наружный слой эмалевого органа, 8 — зубной сосочек, 9 — зачаток постоянного зуба, 10 — одонтобласты, 11 — энамелобласты, 12 — эмаль, 13 — дентин, 14 — пульпа зуба, 15 — цементобласты, 16 — цемент, 17 — периодонт, 18 — кость альвеолы.

В ходе гистогенеза тканей зуба, который начинается с конца 4-го месяца, образуются дентин, эмаль и пульпа (рис. 7-33, г и д). Эмаль продуцируют клетки внутреннего слоя эмалевого органа энамелобласты. Их отростки выделяют органическую основу эмали — эмалевые призмы, которые затем обызвествляются. Источник развития дентина — одонтобласты (дентинобласты), поверхностные клетки пульпы. Верхушка дентинобластов также имеет отростки, выделяющие органические вещества фибриллярной структуры, называемые предентин и образующие матрицу дентина. С конца 5-го месяца в предентине откладываются соли кальция и фосфора, формируется окончательный дентин. Образование дентина и эмали отличается от развития кости тем, что клетки не замуровываются в межклеточное вещество, а отодвигаются: энамелобласты — наружу, одонтобласты — внутрь. Кроме того различается содержание органических веществ в этих тканях: кость содержит примерно 45% органики, дентин — 28%, а эмаль — меньше 5%.

На наружной поверхности дентина из окружающей зуб мезенхимы (зубного мешочка) незадолго до прорезывания зуба появляются цементобласты. Эти клетки выделяют коллагеновые волокна и межклеточное вещество, образуя цемент. Он формируется только через 4–5 мес после рождения при развитии корней. Из наружного слоя зубного мешочка формируется зубная связка - периодонт (рис. 7-33, д). Таким образом, во внутриутробном развитии происходит развитие только коронок молочных зубов.

Прорезывание зуба обеспечивается тремя факторами. Первый и важнейший — рост и развитие корня, приводящие к выталкиванию коронки через слизистую оболочку. Второй фактор — рост пульпы, приводящий к повышению давления внутри зубного зачатка. Кроме того, на дне зубной альвеолы происходит дополнительное отложение костной ткани слоями.

Закладка постоянных зубов происходит очень рано, в начале 5-го месяца внутриутробного развития. Зачаток постоянного зуба находится позади зачатка молочного, и развивающийся корень последнего в первые два года после рождения оказывают индукционное влияние на развитие зачатка постоянного зуба. Гистологические процессы, в результате которых формируются молочные и постоянные зубы, одинаковы. Когда прорезываются молочные зубы, в зачатках постоянных происходит образование эмали и дентина. Некоторое время они пребывают в латентном состоянии и активируются только после достижения челюстью достаточно больших размеров. В процессе замены рост постоянного зуба и давление его эмали на корень молочного зуба приводит к рассасыванию остеокластами (клетками-разрушителями костной ткани) более мягкой ткани — дентина молочного зуба. Последний выталкивается и заменяется постоянным.

Развитие отделов пищеварительной системы сложно рассмотреть в деталях, так как кишечная трубка сильно удлиняется, подвергается дифференциации и связана в своем развитии со многими другими системами: эндокринной, дыхательной, выделительной, кровеносной, нервной и вторичной полостью тела — целомом. Рассмотрим только наиболее ранние и общие процессы, происходящие в кишечной трубке, а также изменения ее связи с желточным мешком.

Кишечная трубка возникает из энтодермы крыши желточного мешка и прилегающего к ней висцерального листка мезодермы в процессе обособления тела эмбриона от внезародышевых частей с помощью головной, хвостовой и туловищных складок (см. рис. 7-24, б₂,б₃). На 4-ой неделе она представлена сравнительно простой трубкой, состоящей из передней кишки, слепо замкнутой спереди стомодеальной (ротовой) пластинкой, средней кишки, связанной с желточным мешком посредством желточного стебелька (желточного протока), и задней кишки, слепо замкнутой на хвостовом конце клоакальной (анальной) мембраной (рис. 7-34).

Рис. 7-34. Пищеварительная система 4-недельного зародыша. 1 — стомодеальная пластинка, 2 — клоакальная мембрана, 3 — желточный проток, 4 — желудок, 5 — двенадцатиперстная кишка, 6 — зачаток печени, 7 — средняя кишка, 8 — задняя кишка, 9 — сердце, 10 — закладка органов дыхания, 11 — урахус.

За период от 4-й до конца 8-й недели эмбрионального развития кишка удлиняется и начинает специализироваться на отделы. Из переднего ее отдела формируются глотка, пищевод, желудок и двенадцатиперстная кишка с ее производными (печень и поджелудочная железа) до впадения в нее общего желчного протока.

Средняя кишка образует U-образную петлю, которая связана с желточным мешком посредством желточного протока (рис. 7-35, а). Участок кишки между желточным стебельком и желудком превратится в тонкую кишку, а участок, лежащий каудальнее желточного протока, — в толстую кишку. Средняя кишка удлиняется, часть ее выпячивается в полость брюшного стебелька, образуя грыжеподобное выпячивание брюшной стенки зародыша.

Рис. 7-35. Развитие пищеварительной системы человека. а — на 32-е сутки, б — на 36-е сутки, в — более поздние стадии. 1 — U-образная петля кишки, 2 — урахус, 3 — желточный проток, 4 — брюшной стебелек (пупочный канатик), 5 — печень, 6 — двенадцатиперстная кишка, 7 — желудок, 8 — пищевод, 9 — гортань, 10 — поджелудочная железа, 11 — сердце, 12 — язык, 13 — закладка щитовидной железы, 14 — зачаток трахеи и легких, 15 — задняя кишка, 16 — желчный пузырь, 17 — клоакальная мембрана, 18 — слепая кишка, 19 — аппендикс, 20–23 — отделы толстой кишки.

За это же время некоторые участки кишки, вращаясь, изменяют свое положение (рис. 7-35, б). К 10-й неделе выступающая часть кишечной петли втягивается назад через пупочный ободок, занимая свое окончательное положение в брюшной полости. Несколько ранее в месте перехода тонкой кишки в толстую развивается слепая кишка. Сначала она увеличивается в размере, но к 3-му месяцу ее дистальная часть начинает отставать от роста других частей (неравномерность роста), в результате чего диаметр этой части оказывается значительно меньшим и образуется червеобразный отросток. Из задней кишки формируется толстая кишка ниже селезеночного угла, в том числе прямая (рис. 7-35, в). Развитие клоакального конца задней кишки тесно связано с развитием мочеполового отверстия (рис. 7-36). Уроректальная перегородка, разделяющая клоаку на мочеполовой синус и прямую кишку, образуется на 5–6-й неделе. Прорыв анальной мембраны происходит на 8-й неделе.

Рис. 7-36. Развитие клоакальной области задней кишки у зародыша человека. а — на 4-й неделе; б — на 6-й неделе; В — на 7-й неделе; а₁₁ б₁₁ и в₁ — поперечные срезы через клоаку (уровни среза обозначены квадратами на рис. а, б, в). 1 — желточный стебелек, 2 — средняя кишка, 3 — задняя кишка, 4 — мочеполовая перегородка, 5 — клоака, 6 — хвост, 7 — аллантоис, 8 — мочеполовой синус, 9 — прямая кишка, 10 — мочевой пузырь, 11 — анальная мембрана; стрелками показано направление роста.

На 2-м месяце внутриутробного развития начинается быстрая пролиферация эпителия пищевода и двенадцатиперстной кишки, что приводит к временному закрытию их просвета. К концу 2-го месяца происходит реканализация названных органов, т.е. восстановление проходимости.

Сердце человека начинает развиваться с конца 3-й — начала 4-й недели из спланхномезодермы в виде парных зачатков, расположенных под глоткой (рис. 7-37). По мере отграничения тела самого зародыша туловищными складками с брюшной стороны парные эндокардиальные трубки смыкаются в одну, лежащую по средней линии (см. рис. 7-37). Для земноводных доказано существование индукционного действия энтодермы на прекардиальную мезодерму. Об этом же свидетельствует опыт на курином зародыше, когда после удаления дна передней кишки был получен зародыш с двойным сердцем. Парные закладки целомических полостей сливаются на брюшной стороне, образуя перикардиальную полость.

Рис. 7-37. Развитие сердца человека на 21–22-е сутки:а — общий вид зародыша; б — продольный срез головного конуса зародыша; в — поперечный срез зародыша: 1 — уровень среза В, 2 — нервный валик, 3 — сомиты, 4 — первичная полоска, 5 — мозг, 6 — передняя кишка, 7 — сердечная трубка, 8 — перикард, 9 — амнион, 10 — ротоглоточная мембрана, 11 — нервный желобок, 12 — хорда, 13 — парные закладки спинной аорты, 14 — сливающиеся сердечные трубки, 15 — желточный мешок. (на рисунке у среднего сюжета нет буквы “’б”!!!)

Региональная дифференцировка сердца начинается с быстрого удлинения первичной сердечной трубки, что приводит к ее изгибу и приобретению 8-образной формы (рис. 7-38). Образование изгиба с локальными изменениями формы клеток вдоль сердечной трубки стимулируется из самой сердечной трубки. Будучи эксплантирована, сердечная трубка сохраняет способность к образованию 8-образной структуры.

Рис. 7-38. Развивающееся сердце человека. а — на 21–22-е сутки; б — на 23-е сутки; в — на 24-е сутки (вид с брюшной стороны); г — на 28-е сутки (продольный срез): 1 — первая пара дуг аорты, 2 — сливающиеся сердечные трубки, 3 — несливающиеся сердечные трубки, 4 — артериальный ствол, 5 — луковица сердца, 6 — желудочек, 7 — предсердие, 8 — венозный синус, 9 — кювьеров проток, 10 — пупочная вена, 11 — желточная вена, 12 — предсердно-желудочковый канал.

На первона