Ciąża i zapłodnienie

Większość lekarzy uważa, że pierwszy dzień ostatniej miesiączki jest początkiem ciąży. Okres ten nazywany jest „wiekiem menstruacyjnym” i zaczyna się około dwa tygodnie przed zapłodnieniem. Oto podstawowe informacje na temat zapłodnienia:

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Jajeczkowanie

Każdego miesiąca jeden z jajników kobiety zaczyna rozwijać pewną liczbę niedojrzałych jajeczek w małym wypełnionym płynem woreczku. Jeden z woreczków kończy dojrzewanie. Ten „dominujący pęcherzyk” hamuje wzrost innych pęcherzyków, które przestają rosnąć i degenerują się. Dojrzały pęcherzyk pęka i uwalnia jajeczka z jajnika (owulacja). Owulacja zwykle następuje dwa tygodnie przed następną miesiączką kobiety.

Rozwój ciałka żółtego

Po owulacji pęknięty pęcherzyk rozwija się w formację zwaną ciałkiem żółtym, które wydziela dwa rodzaje hormonów – progesteron i estrogen. Progesteron pomaga przygotować endometrium (wyściółkę macicy) do implantacji zarodka poprzez jej zagęszczenie.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]

Uwolnienie jajka

Jajo zostaje uwolnione i wędruje do jajowodu, gdzie pozostaje, dopóki co najmniej jeden plemnik nie dostanie się do niego podczas zapłodnienia (jajo i plemnik, patrz poniżej). Jajo może zostać zapłodnione w ciągu 24 godzin od owulacji. Średnio owulacja i zapłodnienie następują dwa tygodnie po ostatniej miesiączce.

[ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

Cykl menstruacyjny

Jeśli plemnik nie zapłodni jaja, ono i ciałko żółte ulegają degeneracji; podwyższone poziomy hormonów również zanikają. Następnie warstwa czynnościowa endometrium zostaje złuszczona, co prowadzi do krwawienia miesiączkowego. Cykl się powtarza.

Nawożenie

Jeśli plemnik dotrze do dojrzałej komórki jajowej, zapładnia ją. Kiedy plemnik dotrze do komórki jajowej, następuje zmiana w białkowej otoczce komórki jajowej, która nie pozwala już plemnikom na wniknięcie. W tym momencie ustala się informacja genetyczna o dziecku, w tym jego płeć. Matka przekazuje tylko chromosomy X (matka=XX); jeśli plemnik Y zapłodni komórkę jajową, dziecko będzie płci męskiej (XY); jeśli plemnik X zapłodni komórkę, dziecko będzie płci żeńskiej (XX).

Zapłodnienie to nie tylko sumowanie materiału jądrowego komórki jajowej i plemnika - to złożony zestaw procesów biologicznych. Oocyt jest otoczony komórkami ziarnistymi zwanymi corona radiata. Pomiędzy corona radiata a oocytem tworzy się osłonka przejrzysta, która zawiera specyficzne receptory plemników, zapobiegając polispermii i zapewniając ruch zapłodnionego jaja wzdłuż jajowodu do macicy. Osłonka przejrzysta składa się z glikoprotein wydzielanych przez rosnący oocyt.

Mejoza wznawia się podczas owulacji. Wznowienie mejozy obserwuje się po przedowulacyjnym szczycie LH. Mejoza w dojrzałym oocycie wiąże się z utratą błony jądrowej, dwuwartościowym złożeniem chromatyny i rozdzieleniem chromosomów. Mejoza kończy się uwolnieniem ciałka polarnego podczas zapłodnienia. Wysokie stężenie estradiolu w płynie pęcherzykowym jest niezbędne do prawidłowego przebiegu mejozy.

Męskie komórki rozrodcze w kanalikach nasiennych w wyniku podziału mitotycznego tworzą spermatocyty pierwszego rzędu, które przechodzą kilka etapów dojrzewania podobnych do żeńskiego jaja. W wyniku podziału mejotycznego powstają spermatocyty drugiego rzędu, zawierające połowę liczby chromosomów (23). Spermatocyty drugiego rzędu dojrzewają do spermatyd i nie ulegając już podziałowi, przekształcają się w plemniki. Zestaw kolejnych etapów dojrzewania nazywa się cyklem spermatogenicznym. U ludzi cykl ten kończy się w ciągu 74 dni, a niezróżnicowane spermatogonium przekształca się w wysoce wyspecjalizowany plemnik, zdolny do samodzielnego ruchu i posiadający zestaw enzymów niezbędnych do wniknięcia do jaja. Energia do ruchu jest dostarczana przez szereg czynników, w tym cAMP, Ca ²⁺, katecholaminy, białkowy czynnik ruchliwości, białkową karboksymetylazę. Plemniki obecne w świeżym nasieniu nie są zdolne do zapłodnienia. Zdolności tej nabywają, gdy dostają się do żeńskiego układu rozrodczego, gdzie tracą antygen błonowy - następuje kapacytacja. Z kolei komórka jajowa wydziela produkt, który rozpuszcza pęcherzyki akrosomalne pokrywające jądro główki plemnika, w którym znajduje się fundusz genetyczny pochodzenia ojcowskiego. Uważa się, że proces zapłodnienia zachodzi w części bańkowej jajowodu. Lejek jajowodu aktywnie uczestniczy w tym procesie, ściśle przylegając do części jajnika z wystającym na jego powierzchni pęcherzykiem i niejako zasysa komórkę jajową. Pod wpływem enzymów wydzielanych przez nabłonek jajowodu komórka jajowa zostaje uwolniona z komórek korony promienistej. Istota procesu zapłodnienia polega na zjednoczeniu, połączeniu żeńskich i męskich komórek rozrodczych, oddzielonych od organizmów pokolenia rodzicielskiego w jedną nową komórkę - zygotę, która jest nie tylko komórką, ale także organizmem nowego pokolenia.

Plemnik wprowadza do komórki jajowej głównie materiał jądrowy, który łączy się z materiałem jądrowym komórki jajowej, tworząc pojedyncze jądro zygoty.

Proces dojrzewania i zapłodnienia jaja odbywa się za pomocą złożonych procesów endokrynologicznych i immunologicznych. Ze względu na kwestie etyczne procesy te u ludzi nie zostały wystarczająco zbadane. Nasza wiedza pochodzi głównie z eksperymentów na zwierzętach, które mają wiele wspólnego z tymi procesami u ludzi. Dzięki rozwojowi nowych technologii reprodukcyjnych w programach zapłodnienia in vitro, zbadano etapy rozwoju zarodka ludzkiego aż do stadium blastocysty in vitro. Dzięki tym badaniom zgromadzono dużą ilość materiału na temat badania mechanizmów wczesnego rozwoju zarodka, jego przemieszczania się przez jajowód i implantacji.

Po zapłodnieniu zygota przemieszcza się wzdłuż jajowodu, przechodząc złożony proces rozwoju. Pierwszy podział (stadium dwóch blastomerów) następuje dopiero 2. dnia po zapłodnieniu. Podczas przemieszczania się wzdłuż jajowodu zygota przechodzi całkowite asynchroniczne rozszczepienie, co prowadzi do powstania moruli. W tym czasie zarodek uwalnia się od błony witelinowej i przezroczystych, a na etapie moruli zarodek wchodzi do macicy, stanowiąc luźny kompleks blastomerów. Przejście przez jajowód jest jednym z krytycznych momentów ciąży. Ustalono, że relacja między hometą/wczesnym zarodkiem a nabłonkiem jajowodu jest regulowana przez szlak autokrynowy i parakrynowy, zapewniając zarodkowi środowisko, które wzmacnia procesy zapłodnienia i wczesnego rozwoju embrionalnego. Uważa się, że regulatorem tych procesów jest hormon uwalniający gonadotropinę, produkowany zarówno przez zarodek przed implantacją, jak i nabłonek jajowodów.

Nabłonek jajowodów wyraża GnRH i receptory GnRH jako przekaźniki kwasu rybonukleinowego (mRNA) i białek. Okazało się, że ekspresja ta jest zależna od cyklu i pojawia się głównie w fazie lutealnej cyklu. Na podstawie tych danych grupa badaczy uważa, że jajowodowy GnRH odgrywa znaczącą rolę w regulacji szlaku autokrynowo-parakrynowego w zapłodnieniu, wczesnym rozwoju zarodka i implantacji, ponieważ w nabłonku macicy w okresie maksymalnego rozwoju „okna implantacyjnego” występują znaczne ilości receptorów GnRH.

Wykazano, że ekspresja GnRH, mRNA i białka jest obserwowana w zarodku i wzrasta w miarę przekształcania się moruli w blastocystę. Uważa się, że interakcja zarodka z nabłonkiem jajowodu i endometrium odbywa się za pośrednictwem układu GnRH, który zapewnia rozwój zarodka i receptywność endometrium. I znowu wielu badaczy podkreśla potrzebę synchronicznego rozwoju zarodka i wszystkich mechanizmów interakcji. Jeśli transport zarodka może zostać opóźniony z jakiegoś powodu, trofoblast może wykazać swoje właściwości inwazyjne przed wejściem do macicy. W takim przypadku może dojść do ciąży jajowodowej. Przy szybkim ruchu zarodek wchodzi do macicy, gdzie nie ma receptywności endometrium i implantacja może nie nastąpić, lub zarodek zostaje zatrzymany w dolnych częściach macicy, tj. w miejscu mniej odpowiednim do dalszego rozwoju komórki jajowej.

[ 12 ], [ 13 ]

Implantacja jajeczka

W ciągu 24 godzin od zapłodnienia jajeczko zaczyna aktywnie dzielić się na komórki. Pozostaje w jajowodzie przez około trzy dni. Zygota (zapłodnione jajeczko) nadal się dzieli, powoli przesuwając się w dół jajowodu do macicy, gdzie przyczepia się do endometrium (implantacja). Zygota najpierw staje się skupiskiem komórek, a następnie pustą kulą komórek lub blastocystą (woreczkiem zarodkowym). Przed implantacją blastocysta wyłania się ze swojej ochronnej osłony. Gdy blastocysta zbliża się do endometrium, wymiana hormonalna sprzyja jej przyczepieniu. Niektóre kobiety doświadczają plamienia lub lekkiego krwawienia przez kilka dni podczas implantacji. Endometrium pogrubia się, a szyjka macicy zostaje uszczelniona śluzem.

W ciągu trzech tygodni komórki blastocysty rosną w skupisko komórek, tworząc pierwsze komórki nerwowe dziecka. Dziecko nazywane jest zarodkiem od momentu zapłodnienia do ósmego tygodnia ciąży, po czym nazywane jest płodem do momentu narodzin.

Proces implantacji może nastąpić tylko wtedy, gdy zarodek wchodzący do macicy osiągnie stadium blastocysty. Blastocysta składa się z wewnętrznej części komórek - endodermy, z której powstaje sam zarodek, oraz zewnętrznej warstwy komórek - trofektodermy - prekursora łożyska. Uważa się, że na etapie przedimplantacyjnym blastocysta wyraża czynnik preimplantacyjny (PIF), czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), a także mRNA i białko VEGF, co umożliwia zarodkowi bardzo szybkie przeprowadzenie angiogenezy w celu pomyślnego zagnieżdżenia się zarodka i stwarza niezbędne warunki do jego dalszego rozwoju.

Do udanej implantacji konieczne jest, aby wszystkie wymagane zmiany w różnicowaniu komórek endometrium pojawiły się w endometrium w celu pojawienia się „okna implantacyjnego”, które normalnie obserwuje się 6-7 dnia po owulacji, a także aby blastocysta osiągnęła pewien etap dojrzałości i aktywowane były proteazy, co ułatwi awans blastocysty do endometrium. „Receptywność endometrium jest kulminacją zespołu czasowych i przestrzennych zmian w endometrium, regulowanych przez hormony steroidowe”. Procesy pojawienia się „okna implantacyjnego” i dojrzewania blastocysty muszą być synchroniczne. Jeśli tak się nie stanie, implantacja nie nastąpi lub ciąża zostanie przerwana we wczesnych stadiach.

Przed implantacją nabłonek powierzchniowy endometrium pokrywa się mucyną, która zapobiega przedwczesnej implantacji blastocysty i chroni przed infekcją, zwłaszcza Muc1 - episialinę, która odgrywa swoistą rolę barierową w różnych aspektach fizjologii żeńskiego układu rozrodczego. Do czasu otwarcia „okna implantacyjnego” ilość mucyny ulega zniszczeniu przez proteazy produkowane przez zarodek.

Implantacja blastocysty do endometrium obejmuje dwa etapy: etap 1 - adhezja dwóch struktur komórkowych i etap 2 - decidualizacja podścieliska endometrium. Niezwykle interesującym pytaniem jest, w jaki sposób zarodek identyfikuje miejsce implantacji, które nadal pozostaje otwarte. Od momentu wniknięcia blastocysty do macicy do momentu rozpoczęcia implantacji mijają 2-3 dni. Hipotetycznie zakłada się, że zarodek wydziela rozpuszczalne czynniki/cząsteczki, które, działając na endometrium, przygotowują go do implantacji. Adhezja odgrywa kluczową rolę w procesie implantacji, ale ten proces, który umożliwia utrzymanie razem dwóch różnych mas komórkowych, jest niezwykle złożony. Bierze w nim udział ogromna liczba czynników. Uważa się, że integriny odgrywają wiodącą rolę w adhezji w momencie implantacji. Integryna-01 jest szczególnie istotna; jej ekspresja wzrasta w momencie implantacji. Jednak same integriny nie mają aktywności enzymatycznej i muszą być powiązane z białkami, aby wygenerować sygnał cytoplazmatyczny. Badania przeprowadzone przez grupę naukowców z Japonii wykazały, że małe białka wiążące trifosforan guanozyny, RhoA, przekształcają integryny w aktywną integrynę, która może uczestniczyć w adhezji komórek.

Oprócz integryn, cząsteczki adhezyjne obejmują białka takie jak trofinina, bustyna i tastena.

Trofinina to białko błonowe ekspresowane na powierzchni nabłonka endometrium w miejscu implantacji i na powierzchni wierzchołkowej trofoblastu. Bustin i tustin to białka cytoplazmatyczne, które tworzą aktywny kompleks adhezyjny w połączeniu z trofininą. Te cząsteczki uczestniczą nie tylko w implantacji, ale także w dalszym rozwoju łożyska. Cząsteczki macierzy zewnątrzkomórkowej, osteokantyna i laminina, uczestniczą w adhezji.

Niezwykle ważną rolę przypisuje się różnym czynnikom wzrostu. Naukowcy zwracają szczególną uwagę na rolę insulinopodobnych czynników wzrostu i wiążących je białek, zwłaszcza IGFBP, w implantacji. Białka te odgrywają rolę nie tylko w procesie implantacji, ale także w modelowaniu reakcji naczyniowych i regulacji wzrostu mięśnia macicy. Według Paria i in. (2001) czynnik wzrostu nabłonka wiążący heparynę (HB-EGF), który jest wyrażany zarówno w endometrium, jak i w zarodku, a także czynnik wzrostu fibroblastów (FGF), białko morfogenetyczne kości (BMP) itp. odgrywają znaczącą rolę w procesach implantacji. Po adhezji dwóch układów komórkowych endometrium i trofoblastu rozpoczyna się faza inwazji trofoblastu. Komórki trofoblastu wydzielają enzymy proteazy, które pozwalają trofoblastowi „ścisnąć” się między komórkami do podścieliska, lizyjąc macierz zewnątrzkomórkową enzymem metaloproteazą (MMP). Insulinopodobny czynnik wzrostu II trofoblastu jest najważniejszym czynnikiem wzrostu trofoblastu.

W momencie implantacji całe endometrium jest przesiąknięte immunokompetentnymi komórkami, jednym z najważniejszych składników interakcji trofoblast-endometrium. Immunologiczny związek między zarodkiem a matką w czasie ciąży jest podobny do tego obserwowanego w reakcjach przeszczep-biorca. Uważano, że implantacja w macicy jest kontrolowana w podobny sposób, poprzez limfocyty T rozpoznające alloantygeny płodowe wyrażane przez łożysko. Jednak ostatnie badania wykazały, że implantacja może obejmować nową allogeniczną ścieżkę rozpoznawania opartą na komórkach NK, a nie na limfocytach T. Trofoblast nie wyraża antygenów HLAI ani klasy II, ale wyraża polimorficzny antygen HLA-G. Ten pochodzący od ojca antygen służy jako cząsteczka adhezyjna dla antygenów CD8 dużych ziarnistych leukocytów, których liczba zwiększa się w endometrium w fazie środkowej luteiny. Te komórki NK z markerami CD3- CD8+ CD56+ są funkcjonalnie bardziej obojętne w produkcji cytokin związanych z Th1, takich jak TNFcc, IFN-y w porównaniu do leukocytów ziarnistych CD8- CD56+. Ponadto trofoblast wyraża receptory o niskiej zdolności wiązania (powinowactwa) dla cytokin TNFa, IFN-y i GM-CSF. W rezultacie wystąpi dominująca odpowiedź na antygeny płodowe wywołana przez odpowiedź przez Th2, tj. będzie przeważała produkcja nie prozapalnych cytokin, ale wręcz przeciwnie, regulacyjnych (il-4, il-10, il-13 itd.). Normalna równowaga między Th 1 i Th2 sprzyja bardziej udanej inwazji trofoblastu. Nadmierna produkcja prozapalnych cytokin ogranicza inwazję trofoblastu i opóźnia normalny rozwój łożyska, przez co zmniejsza się produkcja hormonów i białek. Ponadto cytokiny T zwiększają aktywność kinazy protrombiny i aktywują mechanizmy krzepnięcia, powodując zakrzepicę i odłączanie się trofoblastu.

Ponadto na stan immunosupresyjny wpływają cząsteczki wytwarzane przez płód i owodnię - fetuina i spermina. Te cząsteczki hamują produkcję TNF. Ekspresja na komórkach trofoblastu HU-G hamuje receptory komórek NK, a tym samym zmniejsza agresję immunologiczną przeciwko inwazyjnemu trofoblastowi.

Komórki macierzyste błony śluzowej macicy i komórki NK produkują cytokiny GM-CSF, CSF-1, aINF, TGFbeta, które są niezbędne do wzrostu i rozwoju, proliferacji i różnicowania trofoblastu.

W wyniku wzrostu i rozwoju trofoblastu wzrasta produkcja hormonów. Progesteron jest szczególnie ważny dla relacji immunologicznych. Progesteron miejscowo stymuluje produkcję białek łożyska, zwłaszcza białka TJ6, wiąże leukocyty doczesnowe CD56+16+, powodując ich apoptozę (naturalną śmierć komórki).

W odpowiedzi na wzrost trofoblastu i inwazję macicy do tętniczek spiralnych, matka produkuje przeciwciała (blokujące), które mają funkcję immunotroficzną i blokują lokalną odpowiedź immunologiczną. Łożysko staje się immunologicznie uprzywilejowanym narządem. W prawidłowo rozwijającej się ciąży równowaga immunologiczna ustala się w 10-12 tygodniu ciąży.

Ciąża i hormony

Gonadotropina kosmówkowa to hormon, który pojawia się we krwi matki od momentu zapłodnienia. Jest wytwarzany przez komórki łożyska. Jest to hormon wykrywany za pomocą testu ciążowego, jednak jego poziom staje się na tyle wysoki, że można go wykryć dopiero 3-4 tygodnie po pierwszym dniu ostatniej miesiączki.

Etapy rozwoju ciąży nazywane są trymestrami lub okresami 3-miesięcznymi, ze względu na istotne zmiany zachodzące na każdym etapie.