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Histórico Prof.a Dr.a Tatiana Montanari Departamento de Ciências Morfológicas – ICBS – UFRGS A (POUCA) COMPREENSÃO DA ORIGEM DO SER NAS SOCIEDADES PRIMITIVAS; OS PRIMEIROS ESTUDOS E AS TEORIAS DE PRÉ-FORMAÇÃO E EPIGÊNESE; A EMBRIOLOGIA EXPERIMENTAL E OS CONCEITOS DE DESENVOLVIMENTO EM MOSAICO E REGULADO E DE INDUÇÃO EMBRIONÁRIA; TERATOLOGIA: O ESTUDO DOS MONSTROS. Nas sociedades primitivas, ignorava-se o papel do homem na procriação dos filhos. Acreditava-se que eles eram a reencarnação de larvas ancestrais que flutuavam ao redor de certas árvores, rochedos ou lugares sagrados e que desciam no corpo da mulher, podendo penetrar pelas narinas, pela boca ou diretamente no ventre materno. Em algumas culturas, considerava-se que a mulher não devia ser virgem para que a infiltração ocorresse e rituais de defloramento eram comuns. Com o advento do patriarcado, o homem reinvidicou o papel de criador e limitou à mulher as funções de carregar e nutrir a semente viva. O médico grego Hipócrates (cerca de 460-377 a.C.) reconheceu duas espécies de sêmens: um fraco ou feminino e outro forte, masculino. O filósofo grego Aristóteles (cerca de 384-322 a.C.) imaginou que o feto era produzido pelo encontro do esperma com o sangue menstrual. A mulher fornecia apenas uma matéria passiva, enquanto o princípio masculino era força, atividade, movimento, vida. A (POUCA) COMPREENSÃO DA ORIGEM DO SER NAS SOCIEDADES PRIMITIVAS OS PRIMEIROS ESTUDOS E AS TEORIAS DE PRÉ-FORMAÇÃO E EPIGÊNESE Os primeiros estudos embriológicos foram feitos por Hipócrates e por Aristóteles, analisando o desenvolvimento de aves. Por esse trabalho, Aristóteles é reconhecido como Fundador da Embriologia. Marcello Malpighi (1628-1694), embriologista italiano, fez representações detalhadas do embrião de aves em 1673. Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723), microscopista holandês, apresentou desenhos de animálculos do esperma humano a Royal Society of London em 1677 (o termo espermatozoide só foi cunhado em 1827, por von Baer). Desenho de Leeuwenhoek dos animálculos espermáticos (Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1677). LEEUWENHOEK, A. Observationes D. Anthonii Lewenhoeck, de natis è semine genitali animalculis. R. Soc. (Lond.) Philosoph. Trans., v.12, p.1040- 1046, 1677. Disponível em: http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/12/133-142/1040 http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/12/133-142/1040� Desenho dos homúnculos de Dalenpatius . Posteriormente, o aristocrata francês Dalenpatius, pseudônimo de François de la Plantade (1670-1741), realizou desenhos de animálculos espermáticos, observados ao microscópio, como homenzinhos com braços, pernas e um capuz. Desenho de Hartsoeker (Essai de dioptrique, 1694). Para ilustrar a crença de que o espermatozoide tinha uma miniatura do ser humano, o holandês Nicolas Hartsoeker (1656-1725) representou-o como um feto curvado sobre si mesmo em Essai de dioptrique, publicado em 1694. Os ovistas Albrecht von Haller (1708-1777) e Charles de Bonnet (1720-1793) propuseram o acondicionamento de gerações sucessivas no ovo. O termo emboîtement foi usado para expressar que os corpos estavam encapsulados um dentro do outro, desenvolvendo-se sucessivamente. Não só o ovo continha um embrião completo, mas o embrião possuía ovos para todas as gerações futuras. Albrecht von Haller, em Elements de physiologie de 1752, escreveu: “cada mãe é invólucro de um feto, e de milhões de invólucros desses resultam mais milhões”. Estudando a geração de Volvox , ainda afirmou “If follows that the ovary of an ancestress will contain not only her daughter but also her granddaughter, her greatgranddaughter and her greatgreatgranddaughter, and if it is once proved that an ovary can contain many generations, there is no absurdity in saying that it contains them all” [se o ovário de um ancestral contém não somente sua filha, mas sua neta, sua bisneta e sua tataraneta e, se uma vez provado que o ovário pode conter muitas gerações, não é absurdo dizer que ele contém todas elas ]. Bonnet investigava a partenogênese em pulgões. Para ele o termo emboîtement sugeria uma ideia que não é totalmente correta. Acreditava que os gametas não estão simplesmente encapsulados um dentro do outro, mas que um gameta forma parte de outro gameta como uma semente é parte da planta que desenvolve. Estudando ovos de galinha, o médico alemão Caspar Friedrich Wolff (1734-1794) não encontrou embriões nos ovos não incubados e, naqueles incubados, ao invés de uma miniatura de galinha, observou “glóbulos” em desenvolvimento, propondo o conceito das “camadas” que formam o embrião. Os resultados foram apresentados na sua tese de Doutorado Theoria Generationis, em 1759. BONNET, C. Traité d`Insectologie. Paris, 1745. WOLFF, C. F. Theoria generationis. Halle, 1759. Assim, foram estabelecidas duas teorias para explicar o desenvolvimento do ser. Uma teoria sustentava que o embrião era uma redução do adulto: é a teoria de pré-formação. Dentro dela, havia duas correntes: os animalculistas, que acreditavam que o novo ser estava dentro do espermatozoide, e os ovistas, que pregavam que ele estava no ovo. A outra teoria afirmava que o desenvolvimento era gradual, com as estruturas surgindo progressivamente: é a epigênese, cujo termo significa no momento da formação. Lazzaro Spallanzani (1729-1799), apesar de ser um ovista, contribuiu para desacreditar a teoria de pré-formação através de seus experimentos com inseminação artificial, descritos em Dissertations relative to the natural history of animals and vegetable, de 1789. Vestiu rãs-machos com calções de tafetá e colocou-os a acasalar com as fêmeas. Os ovos não se desenvolveram em girinos. Por outro lado, ao misturar gotas de sêmen retido nos calções com ovos recém-liberados, o desenvolvimento ocorreu. Ainda, usando uma seringa (sua invenção), impregnou uma cadela com sêmen e verificou que os filhotes assemelhavam-se à mãe e ao cão que fornecera o sêmen. Karl Ernest von Baer (1792-1876) observou a sequência do desenvolvimento inicial em uma cadela: do oócito no ovário aos embriões na tuba uterina e no útero. É considerado o Pai da Embriologia Moderna. O ovo foi reconhecido como uma célula pelo fisiologista alemão Theodor Schwann em 1839, e o espermatozoide por Schweigger- Seidel e St. George em 1865. Oscar Hertwig (1849-1922) observou a fertilização do ouriço-do-mar (publicação de 1876) e estabeleceu definitivamente a participação dos dois gametas no processo . HERTWIG, O. Beiträge zur Kenntnis der Bildung, Befruchtung und Teilung des tierischen Eies. Morphol. Jahrb., v.1, p.347-434, 1876. von BAER, K. E. Über Entwicklungsgeschichte der Tiere, Beobachtung und Reflexion. Königsberg, 1828. Com a compreensão de que os seres vivos, incluindo os embriões, são compostos por células e de que o crescimento é decorrente da sua proliferação, fica claro que o desenvolvimento é epigenético. A EMBRIOLOGIA EXPERIMENTAL E OS CONCEITOS DE DESENVOLVIMENTO EM MOSAICO E REGULADO E DE INDUÇÃO EMBRIONÁRIA O biólogo francês Laurent Chabry (1855-1893) foi um dos pioneiros da embriologia experimental. Como parte da tese de doutorado em Medicina, defendida em 1887, destruiu uma das células do embrião de ascídia (Styela partita) no estágio de duas células, e a célula restante desenvolveu uma larva incompleta. Em 1892, C. Chun relatou resultados semelhantes de experimentos com embriões de ctenóforos: houve o desenvolvimento de adultos com metade das estruturas a partir das células separadas de embriões de duas células. CHABRY, L. M. Contribution à l`embryologie normale et térotologique des ascidies simples. J. Anat. Physiol. Norm. Pathol., v.23, p. 167-321, 1887. CHUN, C. Die Dissogonie, eine neue Form der geschlechtlichen Zeugung. Festsch. Zum siehenzigsten Geburtstage Rudorf Leuckarts, v.77-108, 1892. DRIESCH, H. Entwicklungsmechanisme Studien. I. Der Werth derbeiden ersten Furchungszellen in der Echinodermentwicklung. Experimentelle Erzeugen von Theil- und Doppelbildung. Zeitschrift für wissenschaftliche Zoologie, v.53, 1892. [The potency of the first two cleavage cells in echinoderm development: Experimental production of double and partial formations. Reprinted in: WILLIER, B. H.; OPPENHEIMER, J. M. (eds.). Foundations of Experimental Embryology. New York: Hafner, ] Ainda em 1892, Hans Driesch divulgou um achado diferente. Células dissociadas de embriões de ouriço-do-mar no estágio de duas células resultaram em larvas normais, embora menores. Os embriões de tunicados e de ctenóforos não eram capazes de compensar partes perdidas, era como se fossem compostos de um mosaico de partes individuais, por isso a denominação desenvolvimento em mosaico. As células tinham igual potencialidade para o desenvolvimento do embrião. A perda de células não prejudicou a formação do embrião, porque foi compensada pelas demais. Esse fenômeno foi conhecido como regulação, e o desenvolvimento dito regulado. São animais com desenvolvimento em mosaico, além dos tunicados e ctenóforos, os anelídeos, os nematódeos, os moluscos e os insetos. Eles têm ovos com uma regionalização de componentes no citoplasma, os quais influenciam a expressão gênica e consequentemente o destino das células derivadas das divisões. A perda de células leva a um embrião anormal, porque as células restantes não possuem a informação necessária para produzir todo o embrião. Nos demais animais, o desenvolvimento é regulado, embora, à medida que ocorrem as divisões, as células diferenciam-se, e o embrião passa a ser em mosaico. Os embriões de mamíferos, por exemplo, são regulados até o estágio de oito células, isto é, cada uma das células do embrião até esse estágio é capaz de originar um embrião completo, mas, após esse estágio, a diferenciação das células não permite a reconstituição do embrião completo a partir de uma das células isoladas. Apesar de o conceito de regulação implicar interação celular, sua existência foi somente demonstrada em 1924 pelos experimentos de Hilde Pröscholdt Mangold (1898-1924) no seu Doutorado em Biologia, sob orientação do embriologista Hans Spemann (1869-1941). Utilizando duas espécies do anfíbio urodelo Triturus, uma pigmentada (T. taeniatus) e outra não (T. cristatus), Hilde Mangold demonstrou que o segmento do lábio dorsal do blastóporo da gástrula de T. cristatus, transplantado para a região ventral da gástrula de T. taeniatus, influenciava (induzia) o tecido ectodérmico hospedeiro (que normalmente se diferencia em epiderme) a formar um segundo eixo embrionário, inclusive com tecido neural. MANGOLD, H. Organisatortransplantationen in verschiedenen Kombinationen bei Urodelen. Ein Fragment, mitgeteilt von Otto Mangold. Wilhelm Roux`s Archiv. Entwicklungsmech. Org., v.117, p.697-711, 1929. MANGOLD, O. Über die Induktionsfähigkeit der verschiedenen Bezirke der Neurula von Urodelen. Naturwissenschaften, v.21, p.761-766, 1933. SPEMANN, H.; MANGOLD, H. Über die Induktion von Embryonalanlagen durch Implantation artfremder Organisatoren. Arch. Mikrosk. Anat. Entwicklungsmech. (denominado a partir de 1925 Wilhelm Roux`s Archiv. Entwicklungsmech. Org.), v.100, p.599-638, 1924. [Induction of embryonic primordial by implantation of organizers from different species. Reprinted in: WILLIER, B. H.; OPPENHEIMER, J. M. (eds.). Foundations of Experimental Embryology. New Jersey: Princete-Hall, 1964] Pela comprovação do fenômeno de indução embrionária, ou seja, que um tecido influencia o destino de outro, foi concedido o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina, em 1935, a Hans Spemann. Spemann considerou o lábio dorsal do blastóporo como um território que dirige a organização do embrião, denominando-o centro organizador. Nesse mesmo ano, Hilde, aos 26 anos, morreu em consequência das queimaduras sofridas quando ela derramou álcool ao abastecer um fogareiro para aquecer a comida do seu filho. As chamas rapidamente atingiram-lhe. Seu marido, Otto Mangold, extinguiu o fogo, mas ela não resistiu, falecendo no dia seguinte. Otto Mangold foi o primeiro doutorando de Spemann e era seu assistente naquela época. Ele casou com Hilde em 1921. Trabalharam juntos nos experimentos de transplantes em 1923, ano em que o filho deles nasceu. Otto publicou esses resultados no nome de Hilde, em 1929. Prosseguindo os experimentos de transplantes com salamandra, Mangold (1933) removeu quatro regiões sucessivas do teto do arquêntero de uma nêurula e implantou-as separadamente na blastocele de gástrulas. Com os movimentos celulares da gastrulação, o segmento transplantado foi comprimido contra a superfície ventral do futuro ectoderma. O tecido implantado induziu desde elementos da cabeça até segmentos da cauda, dependendo de qual região era proveniente. A investigação de substâncias que promovem eventos indutivos iniciou nos anos de 1940, com a pesquisa sobre o fator de crescimento neural (nerve growth factor – NGF) por Rita Levi-Montalcini, neuroembriologista italiana. Rita nasceu em 1909, em Turim. Formou-se em Medicina em 1936 e especializou-se em neurologia e psiquiatria. Em 1938, Mussolini proibiu os judeus de estudar e exercer a profissão. De descendência judia, ela não podia mais receitar, nem frequentar a universidade. Então montou um laboratório em casa, com um microscópio binocular, material cirúrgico e uma incubadora para o desenvolvimento de embriões de galinha. Seu orientador, o histologista Giuseppe Levi, juntou-se ao trabalho clandestino ao deixar a universidade por ser judeu. Inspirada em um artigo do embriologista Viktor Hamburger (ex-orientado de Hans Spemann), eles investigaram o efeito da amputação de um membro sobre os neurônios motores da medula espinhal. Os neurônios e os nervos eram impregnados por prata. Em 1946, a convite de Viktor Hamburger, Rita foi para a Universidade de Washington, St. Louis, Missouri, onde continuou a estudar o tema pela rotina histológica com impregnação pela prata. Em 1950, o doutorando de Viktor Hamburger, Elmer Bueker, obteve um excepcional desenvolvimento das fibras nervosas em embriões de galinha com enxertos de sarcoma de rato. Fotomicrografia do halo de fibras nervosas espraiadas do gânglio sensitivo embrionário por influência do sarcoma de rato (Levi-Montalcini et al., 1954). Rita decidiu experimentar o método de cultura in vitro para estudar o efeito do sarcoma sobre o tecido nervoso. Hertha Meyer, colega da escola de medicina, havia emigrado para o Rio de Janeiro ao fugir dos nazistas e montado um laboratório de cultura de células no Instituto Osvaldo Cruz. Entre setembro e dezembro de 1952, nesse instituto, Rita fez experimentos in vitro e observou a formação de um espesso halo de fibras nervosas ao redor do gânglio sensitivo embrionário próximo ao fragmento de sarcoma, concluindo que o tumor emitia algo que promovia o crescimento das fibras nervosas. Nascia o NGF. Na Universidade de Washington, entre 1953 e 1959, Rita contou com a colaboração de um jovem bioquímico: Stanley Cohen. Em 1954, eles obtiveram o NGF como proteína pura. Ainda isolaram o fator de crescimento epidérmico. Em 1972, Ruth Hogue Angeletti, bolsista de pós-doutorado de Levi-Montalcini, e Ralph Bradshaw, bioquímico da Universidade de Washington, identificaram a sequência de aminoácidos do NGF. LEVI-MONTALCINI, R.; MEYER, H.; HAMBURGER, V. In vitro experiments on the effects of mouse sarcomas 180 and 37 on the spinal and sympathetic ganglia of the chick embryo. Cancer Res., v.14, p.49-57, 1954. Rita Levi-Montalcini e Stanley Cohen receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1986, pela importância da descoberta dos fatores de crescimento para a compreensão dos mecanismos que regulam o crescimento das células e dos órgãos e a ocorrência de doenças degenerativas e tumorais. TERATOLOGIA: O ESTUDO DOS MONSTROS Calcula-se que cerca de 2 a 3% dos recém-nascidosapresentam um ou mais defeitos congênitos. Se forem incluídos aqueles manifestados algum tempo após o nascimento, esse percentual sobe para 7%. Desde a Antiguidade, os defeitos na formação do ser atraem atenção, tanto que foram representados em esculturas e pinturas. Acreditavam que impressões da mãe durante a gravidez, como medo de um animal, afetavam o desenvolvimento. Outras culturas consideravam que a mulher que dava à luz uma criança malformada tinha tido relações com espíritos malignos. No século XVI, o cirurgião francês Ambrose Paré propôs que fatores hereditários e influências mecânicas, como compressão uterina, seriam responsáveis pelos defeitos congênitos. Em 1818, Étienne Geoffroy de St. Hilaire e seu filho Ísidore iniciaram os estudos sobre as malformações. O termo teratologia (do grego teratos, monstro) foi criado para designar essa ciência. Desde o início do século XX, as manipulações em modelos-animais na embriologia experimental e na genética contribuíram para elucidação do mecanismo responsável por várias anomalias e malformações. GEOFFROY SAINT-HILAIRE, É. Philosophie anatomique: des monstruosités humaines. Paris: Imprimerie de Rignoux, 1822. GEOFFROY SAINT-HILAIRE, Í. Traité de Tératologie. Paris: J.-B. Baillière, 1832-1836. Erros no desenvolvimento podem levar a defeitos sutis que não prejudicam a qualidade de vida do indivíduo ou a defeitos severos que afetam o seu bem-estar ou até mesmo a sua sobrevivência. No primeiro caso, os defeitos são referidos como anomalias e, no segundo, como malformações. Até os anos de 1940, pensava-se que o embrião era protegido de fatores ambientais pela placenta e que as malformações eram somente de origem genética. Dois grandes eventos na história da teratologia derrubaram essa crença. Um deles foi o reconhecimento por Gregg, na Austrália, em 1941, de que o vírus da rubéola era responsável pelos defeitos nos olhos, nas orelhas e no coração em crianças nascidas de mães acometidas por essa doença no início da gestação. O outro marco foi a tragédia da talidomida nos anos 60. Sendo um sedativo e um antiemético, a talidomida foi utilizada por mulheres grávidas contra enjoo na Alemanha, na Austrália e em outros países, inclusive no Brasil (o FDA - Food and Drug Adminsitration - não autorizou a sua comercialização nos Estados Unidos). Logo os médicos observaram nasciturnos com uma série de defeitos, entre eles meromelia e amelia, que consiste no desenvolvimento parcial e ausente dos membros, respectivamente e relacionaram as anomalias com a talidomida como agente teratogênico causador. GREGG, N. M. Congenital cataract following german measles in mothers. Trans. Ophtalm. Soc. Austr., v.3, p.35, 1941. McBRIDE, W. G. Thalidomide and congenital abnormalities (Letters to the editor). Lancet, dec 16, 1961. p.1358. LENZ, W. Thalidomide and congenital abnormalities (Letters to the editor). Lancet, jan 6, 1962. p.45. PFEIFFER, R. A.; KOSENOW, W. Thalidomide and congenital abnormalities (Letters to the editor). Lancet, jan 6, 1962. p.45-46. Os testes prévios com a administração da droga em roedores, apesar de não provocarem dano aos membros, demonstraram redução na taxa de concepção e no tamanho da ninhada na dose de 200mg/kg/dia por seis semanas, sendo antes do acasalamento e durante a prenhez. Em humanos, os defeitos podem ser gerados por uma única dose de 100mg entre a quarta e a sexta semana de gestação, período em que os primórdios dos órgãos se estabelecem. Após o ocorrido, os testes de toxicologia reprodutiva e teratogenicidade tornaram-se mais rigorosos para avaliar a seguridade de novos produtos. Antes dessa data, os únicos compostos regulados pelos protocolos governamentais para toxicidade pré-natal eram aqueles que poderiam afetar o sistema endócrino e aqueles utilizados por mulheres jovens. Em 1966, o FDA publicou o documento Guidelines for reproduction studies for safety evaluation of drugs for human use, e, desde então, drogas, aditivos alimentares e pesticidas são avaliados segundo essas recomendações. BEAUVOIR, S. O Segundo sexo. 5.ed. São Paulo: Nova Fronteira, 1980. v.1. p.29-30; 87. BROWDER, L. W.; ERICSON, C. A.; JEFFERY, W. R. Developmental Biology. 3.ed. Philadelphia: Saunders College, 1991. p.3-7; 13-14; 19; 196; 234-235; 239; 432; 477; 486-488; 536; 538. CARLSON, B. M. Human Embryology and Developmental Biology. 5.ed. Philadelphia: Elsevier Saunders, 2014. p.136; 141; 145. FÄSSLER, P. E.; SANDER, R. K. Hilde Mangold (1898-1924) and Spemann´s organizer: achievement and tragedy. Roux`s Arch. Dev. Biol., v.205, p.323-332, 1996. FISCHER, J.-L. Experimental embryology in France (1887-1936). Int. J. Dev. Biol., v.34, p.11-23, 1990. GARCIA, S. M. L.; GARCÍA-FERNÁNDEZ, C. Embriologia. 2.ed. Porto Alegre: Artmed, 2003. p.14-15; 125; 170-171; 180; 280; 285-286. HOUILLON, C. Embriologia. São Paulo: Edgar Blücher, 1972. p.102-130. JEFFERY, W. R.; SWALLA, B. J. Tunicates. In: GILBERT, S. F.; RAUNIO, A. M. Embryology: constructing the organism. 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A produção do gameta feminino é a oogênese e acontece nos ovários. A gametogênese envolve dois tipos de divisões celulares: a mitose aumenta a população de células-mãe; a meiose reduz a quantidade de material genético de diploide para haploide e proporciona variabilidade genética. Mitose e Meiose Interfase Mitose Meiose I Meiose II Prófase Metáfase Anáfase Telófase T. Montanari Adaptado de Browder, L. W.; Erickson, C. A.; Jeffery, W. R. Developmental Biology. Philadelphia: Saunders College, 1991. p.25. Mitose Meiose Ocorre em células somáticas e germinativas. Ocorre em células germinativas. Uma divisão por ciclo, onde há a separação das cromátides-irmãs. Duas divisões por ciclo. Na primeira meiose, há a separação dos cromossomos-homólogos, e, na segunda meiose, ocorre a separação das cromátides-irmãs. Não há crossing-over na prófase. Há crossing-over na prófase. Resulta duas células-filhas. Resulta quatro células-filhas. As células-filhas são geneticamenteiguais. As células-filhas são geneticamente diferentes. As células-filhas são diploides. As células-filhas são haploides. Espermatogênese e Oogênese A formação dos testículos inicia na sétima semana do desenvolvimento. No período fetal, os testículos são constituídos por cordões seminíferos (sem luz) com os gonócitos (ou células germinativas primordias) e as células de sustentação (futuras células de Sertoli) e, entre os cordões seminíferos, pelo tecido intersticial, com as células de Leydig, diferenciadas das células mesenquimais, por influência da gonadotrofina coriônica humana - hCG (human chorionic gonadotropin), produzida pela placenta. Após o parto, sem hCG, as células de Leydig degeneram. Em torno dos oito anos, com uma pequena produção de andrógenos pela adrenal, as células germinativas primordiais diferenciam-se nas espermatogônias. Na puberdade, com a secreção do hormônio luteinizante (LH) pela hipófise, há a diferenciação de células mesenquimais em células de Leydig, as quais sintetizam testosterona, iniciando a espermatogênese. Os cordões seminíferos tornam-se túbulos seminíferos. Os espermatozoides são produzidos até a morte do indivíduo. As células germinativas primordiais diferenciam-se em oogônias ainda no ovário em formação. Durante o primeiro trimestre de vida intrauterina, as oogônias aumentam a sua população por mitoses e, durante o segundo trimestre, sofrem interfase, resultando nos oócitos primários. Os oócitos primários entram na primeira meiose, mas a interrompem no diplóteno da prófase, devido à inativação do MPF (fator promotor da maturação) pela concentração elevada de AMPc, produzido no próprio oócito ou proveniente das células foliculares vizinhas, através de junções comunicantes. O acúmulo de AMPc também decorre da produção de GMPc pelas células foliculares e do seu transporte para o oócito. O GMPc inativa a fosfodiesterase 3A (PDE3A), que converteria o AMPc em 5`AMP. Nesse período de suspensão da prófase, favorecido pela quantidade duplicada do DNA, há um acúmulo de RNAm e RNAr, que serão usados para a síntese de glicoproteínas que compõem a zona pelúcida, um envoltório do gameta feminino; para a produção de substâncias que são armazenadas nos grânulos corticais e exocitadas na fertilização, e para a tradução de proteínas necessárias no início do desenvolvimento embrionário. Depois da puberdade, em cada ciclo menstrual, um oócito primário retoma a meiose. Sob a influência do LH, as junções gap entre as células foliculares e o oócito fecham-se, reduzindo a quantidade de AMPc e GMPc transferidos para o oócito. A redução de GMPc ativa a enzima PDE3A, cuja ação degrada o AMPc dentro do oócito. A concentração menor dessa substância ativa o MPF, e a prófase prossegue. Com a conclusão da primeira meiose são formados o oócito secundário e o primeiro corpúsculo polar. A citocinese assimétrica faz com que o oócito secundário fique com a maior parte do citoplasma, organelas e nutrientes para sustentar o início do desenvolvimento do embrião, enquanto o corpúsculo polar é uma célula pequena, com o excesso de material genético e que logo degenera. O oócito secundário entrou na segunda meiose, mas ela foi suspensa na metáfase pouco antes da liberação do ovário (ovulação). Com a entrada do espermatozoide, os níveis citoplasmáticos de Ca2+ aumentam, ativando a proteína quinase dependente de calmodulina/Ca2+ II (CAM-quinase II). Essa enzima degrada a ciclina do MPF, dando continuidade à meiose. O oócito secundário termina a meiose, gerando, novamente por citocinese assimétrica, o óvulo e o segundo corpúsculo polar. A oogênese é interrompida na menopausa. O MPF é uma fosfoproteína com duas subunidades: ciclina B e Cdk1 (cyclin-dependent kinase 1). A ciclina ativa a Cdk1, a qual é uma enzima quinase que fosforila proteínas, como a histona H1 e as laminas, levando à condensação da cromatina e à desintegração do envoltório nuclear, respectivamente. O MPF induz a transição da fase G2 para a fase M (mitose) do ciclo celular de células somáticas e, por isso, é também denominado fator promotor da fase M (M-phase promoting factor). Espermatogênese No ser humano, a espermatogênese demora 64-74 dias: quase 16 dias no período de mitoses das espermatogônias; 24 dias na primeira meiose; cerca de 8h na segunda meiose, e quase 24 dias na espermiogênese. Adaptado de Browder et al., 1991. p.26. Meiose I Meiose II Interfase Mitoses Espermiogênese Espermatogônia Espermatócito primário Espermatócito secundário Espermátide Espermatozoide T. Montanari Oogênese Adaptado de Browder et al., 1991. p.27. Mitoses Interfase Meiose I Meiose II Oogônia Oócito pirmário Oócito secundário e corpúsculo polar Óvulo e corpúsculos polares T. Montanari Adaptado de Carr, B. R. Disorders of the ovary and female reproductive tract. In: Wilson, J. D.; Foster, D. W.; Kronenberg, H. M.; Larsen, P. R. Williams textbook of Endocrinology. 9.ed. Philadelphia: W. B. Saunders, 1998. p.753. Primeiro trimestre de vida intrauterina T. Montanari oogônia Mitoses oogônia Interfase oócito primário Meiose I – prófase (leptóteno a diplóteno) oócito primário Segundo trimestre de vida intrauterina Depois da puberdade, em um ciclo menstrual Com a fertilização Meiose I (prófase) à Meiose II (metáfase) oócito secundário e primeiro corpúsculo polar Meiose II – metáfase à telófase óvulo e segundo corpúsculo polar Espermatogênese (testículos) Oogênese (ovários) espermatogônia (2n2C) oogônia (2n2C) ↓ mitoses ↓ espermatogônia (2n2C) oogônia (2n2C) ↓ interfase ↓ espermatócito primário (2n4C) oócito primário (2n4C) ↓ meiose I (separação dos cromossomos-homólogos) ↓ espermatócito secundário (1n2C) oócito secundário e 1º corpúsculo polar (1n2C) ↓ meiose II (separação das cromátides-irmãs) ↓ espermátide (1n1C) óvulo e 2° corpúsculo polar (1n1C) ↓ espermiogênese espermatozoide (1n1C) Os testículos possuem forma oval, com tamanho médio de 4,6cm x 2,6cm e peso de 15-21g. Eles estão na bolsa escrotal, envolvidos pela túnica albugínea e pela túnica vaginal. A túnica albugínea é uma cápsula de tecido conjuntivo denso não modelado, sendo que, na parte interna, é mais vascularizada (essa região é especificada por alguns autores como túnica vascular). Ela se espessa na face posterior dos testículos, formando o mediastino, de onde partem septos fibrosos para o interior do órgão, levando vasos e nervos e dividindo-o em lóbulos, onde são alojados os túbulos seminíferos (1-4/lóbulo). A túnica vaginal é uma camada dupla de mesotélio contínuo ao peritônio. O folheto parietal é adjacente ao escroto e o folheto visceral, à túnica albugínea. No espaço entre os folhetos, há fluido secretado pelas células mesoteliais que permite o movimento sem atrito dos testículos na bolsa escrotal. Os testículos são constituídos pelos túbulos seminíferos, em forma de U e de trajeto tortuoso, medindo 30 a 60cm de comprimento e 120 a 200µm de diâmetro, produzindo 50 a 150 milhões de espermatozoides diariamente. As extremidades dos túbulos seminíferos abrem-se nos túbulos retos, os quais desembocam na rede testicular, localizada no mediastino . HISTOFISIOLOGIA DOS TESTÍCULOS E CE A V Representação do testículo, onde são apontados: a túnica albugínea (A) e o folheto visceral (V) da túnica vaginal, os túbulos seminíferos (TS), os túbulos retos (TR) e a rede testicular (RT). CE – canais eferentes, E – epidídimo e CD – canal deferente. Baseado em Moraes, G. E. S. Espermocitologia: espermocitograma em critério estrito. 2.ed. Caxias do Sul: Editora da Universidade de Caxias do Sul, 2007. p.14. Os túbulos seminíferos possuem o epitélio seminífero (ou germinativo), especializado na produção de espermatozoides. Ao redor dos túbulos, há a túnica própria, compostapela membrana basal, pelas fibras colágenas e pelas células mioides peritubulares, que são miofibroblastos. Entre os túbulos, há o tecido intersticial, um tecido conjuntivo frouxo, com as células de Leydig (secretoras de testosterona), vasos sanguíneos e linfáticos. Epitélio seminífero e tecido intersticial Zuleika Bendik Rech Dacás & T. Montanari, UFRGS Corte de testículo de camundongo. HE. Esquema ilustrativo da espermatogênese. Adaptado de Larsen, W. J. Human Embryology. New York: Churchill Livingstone, 1993. p.10. T. Montanari espermatogônia espermatócito primário espermatócitos secundários espermátides redondas espermátides alongadas espermatozoide interfase meiose I meiose II espermiogênese espermiação Cortes de testículo de camundongo, onde são indicados no túbulo seminífero: espermatogônia (1), espermatócito (2), espermátide redonda (3), espermátide alongada (4) e célula de Sertoli (S). Em torno dos túbulos seminíferos, há as células mioides peritubulares (M) e, no tecido intersticial, as células de Leydig (L). A - 7µm de espessura, HE; B - 1µm de espessura (corte semifino), Azul de toluidina. A B Roberta Davis, Z. B. R. Dacás & T. Montanari, UFRGS T. Montanari, UFRGS T. Montanari & Heidi Dolder, UNICAMP Eletromicrografia de segmento de testículo de camundongo, mostrando a espermatogônia (E), a célula de Sertoli (S) e a célula mioide peritubular (M). Notar, na espermatogônia, o núcleo esférico, com cromatina frouxa e grumos de heterocromatina junto à carioteca e, na célula de Sertoli, o núcleo irregular, com cromatina frouxa e nucléolo proeminente com heterocromatina associada. E S M Eletromicrografia do epitélio germinativo, onde é indicada a ponte citoplasmática interligando duas espermátides redondas. T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP Como a citocinese é incompleta, as células-filhas resultantes das mitoses e da meiose permanecem conectadas por pontes citoplasmáticas. A ampla comunicação entre as células permite a sincronização do seu desenvolvimento. T. Montanari, UFRGS - presentes no epitélio seminífero, são alongadas, piramidais, com núcleo grande e claro e nucléolo proeminente, com heterocromatina associada; - contribuem para a formação da membrana basal; - são responsáveis pela sustentação e translocação das células germinativas da base para o ápice do epitélio germinativo; Roberta Davis, Z. B. R. Dacás & T. Montanari, UFRGS Cortes de testículo de camundongo: A - 7µm de espessura, HE; B - 1µm de espessura (corte semifino), Azul de toluidina. Células de Sertoli: A B - conseguem realizar as funções de sustentação e translocação das células germinativas pela união por junções de adesão e desmossomos; - através de junções gap, nutrem as células germinativas e regulam a espermatogênese; - formam a barreira hematotesticular através de junções de oclusão, protegendo a espermatogênese de macromoléculas provenientes do sangue e evitando uma resposta autoimune contra as células germinativas diferenciadas; T. Montanari Eletromicrografia de segmento de testículo, onde é apontada a junção de oclusão entre células de Sertoli, logo acima do compartimento basal com as espermatogônias (E). Cortesia do Prof. Dr. Luiz Renato França, ICB, UFMG. Luiz Renato França, UFMG E Adaptado de Fawcett, D. W. The ultrastructure and functions of the Sertoli cell. In: Greep, R. O.; Koblinsky, M. A. Frontiers in reproduction and fertility control. Cambridge: MIT Press, 1977. p.302-320. - secretam um fluido para a luz do túbulo seminífero, o fluido testicular, que leva os espermatozoides para fora dos testículos; - produzem fatores que regulam a espermatogênese, como a proteína de ligação ao andrógeno (ABP), e a ativina e a inibina, que regulam a secreção do hormônio folículo estimulante (FSH); - realizam fagocitose dos restos citoplasmáticos que se desprendem das espermátides (corpo residual). T. G. Loureiro e T. Montanari Células de Leydig: - localizadas no tecido intersticial; - produzem testosterona sob a influência do LH. Adaptado de Hedge et al., 1988. E. Leite e T. Montanari - são miofibroblastos; - localizam-se em torno da base dos túbulos seminíferos; - servem como primeira barreira à entrada de macromoléculas; - devido à presença de filamentos contráteis, a sua contração ajuda no transporte dos espermatozoides pelos túbulos. Células mioides peritubulares: T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP Imagem ao microscópio eletrônico da célula mioide peritubular (M). Espermiogênese e espermiação Espermiogênese é a transformação da espermátide (1) em espermatozoide (2). T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP Durante a espermiogênese, a espermátide muda de forma e adquire estruturas que contribuem para a motilidade e para a fertilização: - do complexo de Golgi surgem vesículas com enzimas que resultam no acrossoma (ou capuz acrossômico); - RNAm é armazenado como corpo cromatoide ( ). T. Montanari & H. DolderUNICAMP T. Montanari & H. Dolder,UNICAMP - há o alongamento do núcleo pela manchete, um conjunto cilíndrico de microtúbulos, e pela condensação da cromatina, devido à substituição das histonas por protaminas; T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP - com a polimerização de microtúbulos no centríolo distal, organiza-se o axonema do flagelo; T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP - as mitocôndrias concentram-se na parte proximal do flagelo (bainha mitocondrial), fornecendo energia para o seu batimento; - finalizando a espermiogênese, há a perda do excesso de citoplasma, o corpo residual (CR), que será fagocitado pelas células de Sertoli. Uma porção de citoplasma permanece na região do pescoço do espermatozoide: é a gota citoplasmática (G). Ela será perdida no epidídimo. A liberação dos espermatozoides na luz dos túbulos seminíferos é a espermiação. T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP G CR Peça intermediária Peça principal Peça terminal Cabeça Flagelo T. Montanari, UFRGS T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP O hipotálamo secreta o hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH), que atua sobre a hipófise, a qual secreta o hormônio folículo estimulante (FSH) e o hormônio luteinizante (LH). As células de Sertoli, sob influência do FSH, desenvolvem seu citoesqueleto e suas organelas, aumentando a síntese de fatores que regulam a espermatogênese, como a proteína de ligação ao andrógeno (ABP). Ainda produzem ativina e inibina, que ativam e suprimem a liberação de FSH, respectivamente, regulando esse processo. As células de Leydig são estimuladas pelo LH e produzem testosterona. Esse hormônio promove a espermatogênese e é responsável pelas características sexuais secundárias. Controle hormonal da espermatogênese Adaptado de Hedge et al., 1988 T. G. Loureiro e T. Montanari Adaptado de Hedge et al., 1988. Controle da espermatogênese por apoptose Z. B. R. Dacás & T. Montanari, UFRGS Z. B. R. Dacás & T. Montanari, UFRGS Cortes de testículo de camundongo, mostrando espermatogônias e/ou espermatócitos primários em apoptose. HE. Fatores que afetam a espermatogênese - temperatura testicular elevada (acima de 35º C); - criptorquidia; - infecções e doenças, como varicocele, caxumba, doenças renais e HIV; - desnutrição e álcool; - hormônios, como os anabolizantes e os corticosteroides; - radioterapia e quimioterapia; - substâncias químicas, como os pesticidas, medicamentos , drogas, ftalatos (usados em plásticos) e dioxina (produto da combustão). T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP Cortes de testículo de camundongo. A – controle, B – tratado com extrato de Achillea millefolium. HE. A B T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP T. Montanari & H. Dolder, UNICAMP Cortes de testículo de camundongo. A – controle, B – tratadocom extrato de Achillea millefolium. HE. A B Os ovários são um par de órgãos em forma ovoide, com cerca de 3cm de comprimento e 2cm de largura e 14g de peso. Estão ligados ao aparelho reprodutor pelo ligamento ovariano e pelo ligamento largo do útero. O mesovário, uma prega do peritônio visceral, fixa os ovários ao ligamento largo e transporta os vasos linfáticos e sanguíneos e os nervos para o hilo das gônadas. HISTOFISIOLOGIA DOS OVÁRIOS Ligamento ovariano Ligamento largo Ovário Tuba uterina E. Leite e T. Montanari Útero Baseado em Population Reports, série C, n. 8, junho de 1981, p. C-3. Corte de ovário de camundonga, onde são indicadas a zona cortical (ZC), com os folículos ovarianos e os corpos lúteos (CL), e a zona medular (ZM), com vasos sanguíneos e linfáticos. HE. ZC ZM CL Ovário de camundonga no 18º dia de gestação, fotografado ao microscópio estereoscópico. CL - corpo lúteo. T. Montanari, UFRGS T. Montanari, UFSM CL Classificação dos folículos A maturação do gameta feminino está relacionada ao desenvolvimento do seu revestimento celular. O conjunto do oócito e das células foliculares forma o folículo ovariano, que é classificado segundo seu desenvolvimento em: folículo primordial, folículos em crescimento (unilaminar, multilaminar e antral), folículo maduro e folículo atrésico. Esquema do desenvolvimento dos folículos ovarianos: folículo primordial, unilaminar, multilaminar, antral, maduro e atrésico. Adaptado de Erickson, G. F.; Magoffin, D. A.; Dyer, C. A. The ovarian androgen producing cells: a review of structure/function relations. Endocr. Rev., v.6, p.371-9, 1985 apud Carr. In: Wilson et al., 1998. p.759. T. Montanari Folículo unilaminar Folículo primordial Constituintes: Folículo multilaminar oócito primário circundado pela zona pelúcida e por uma camada de células foliculares pavimentosas oócito primário circundado pela zona pelúcida e por uma camada de células foliculares cúbicas oócito primário circundado pela zona pelúcida, por mais do que uma camada de células foliculares (camada granulosa) e pela teca, derivada de fibroblastos Folículo maduro Folículo antral corona radiata cumulus oophorus teca interna (secretora) oócito primário oócito primário zona pelúcida camada granulosa antro oócito secundário teca externa (fibrosa) COLLIER, J. R. Gastropods, the snails. In: GILBERT, S. F.; RAUNIO, A. M. Embryology: constructing the organism. Sunderland: Sinauer Associates, 1997. p.195. ELINSON, R. Amphibians. In: GILBERT, S. F.; RAUNIO, A. M. Embryology: constructing the organism. Sunderland: Sinauer Associates, 1997. p.412. ELLIS, C. H., Jr.; FAUSTO-STERLING, A. 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Echinoderms. In: GILBERT, S. F.; RAUNIO, A. M. Embryology: constructing the organism. Sunderland: Sinauer Associates, 1997. p.312. Ovulação é a liberação do gameta feminino do ovário. O estágio em que o gameta se encontra no folículo maduro e é ovulado varia conforme o animal: - platelmintos, moluscos, cadelas e éguas liberam o oócito primário; - os equinodermos, com exceção dos ouriços-do-mar, os cordados inferiores, os anfíbios, as aves e a maioria dos mamíferos, inclusive as mulheres, ovulam o oócito secundário; - cnidários, ctenóforos e ouriços-do-mar ovulam óvulos. Em cada ciclo menstrual, cerca de 20 folículos são recrutados para o crescimento, geralmente um folículo atinge o estágio de maduro e sofre ovulação, os demais degeneram: sofrem atresia folicular. Esse processo decorre da secreção de uma grande quantidade de inibina pela camada granulosa do folículo em crescimento dominante, o que diminui o nível tônico de FSH necessário para a continuidade do crescimento dos folículos antrais. Suas células entram em apoptose, enquanto o folículo dominante, que já está independente do hormônio hipofisário, sofrerá a ovulação. O folículo dominante adquire esse estado sete dias antes da ovulação. O processo de atresia folicular é regulado por produtos gênicos, como a proteína inibitória da apoptose neural (neural apoptosis inhibitory protein – NAIP). Ela está presente em todos os estágios de folículos em crescimento, mas ausente nos folículos atrésicos. A sua expressão é promovida pelos altos níveis de gonadotrofinas. Por isso, quando há a queda do FSH, as células foliculares, sem a síntese da NAIP, entram em apoptose. Folículo atrésico Atresia folicular é o processo de degeneração dos folículos ovarianos. T. Montanari, UFRGS P A U M Corte de ovário de camundonga, onde são visíveis folículos primordiais (P) e folículos em crescimento unilaminar (U), multilaminar (M) e antral (A). HE. T. Montanari, UFRGS T. Montanari & Estela Bevilacqua, USP Cortes de ovário de camundonga, com diferentes estágios do desenvolvimento dos folículos. HE. Os folículos são constituídos por: oócito primário, zona pelúcida, células foliculares (camada granulosa) e teca. O folículo antral contém ainda, entre as células foliculares, o antro, uma cavidade com glicosaminoglicanos, hormônios e fluido (a carga negativa dos glicosaminoglicanos atrai Na+ que, por sua vez, atrai água do plasma). T. Montanari, UFRGS T. Montanari, UFRGS Controle hormonal da oogênese A oogênese é também controlada pelas gonadotrofinas produzidas pela hipófise: o hormônio folículo estimulante (FSH) e o hormônio luteinizante (LH). A ação dos hormônios hipofisários sobre os ovários estimula a secreção de estrógeno e progesterona que atuam sobre o restante do aparelho reprodutor. E. Leite e T. Montanari Adaptado de Hedge et al., 1988 e de Bulun, S. E.; Adashi, E. Y. The phisiology and pathology of the female reproductive axis. In: Kronenberg, H. M.; Melmed, S.; Polonsky, K. S.; Larsen, P. R. Williams textbook of Endocrinology. 11.ed. Philadelphia: Saunders Elsevier, 2008. p.559. Adaptado de Hedge et al., 1988 e de Bulun & Adashi. In: Kronenberg et al., 2008. p.559. E. Leite e T. Montanari Adaptado de Hedge et al., 1988. T. G. Loureiro e T. Montanari Adaptado de Hedge et al., 1988. T. G. Loureiro e T. Montanari A secreção cíclica dos hormônios sexuais promove o ciclo estral na maioria dos mamíferos. Nos primatas, pela descamação do epitélio uterino, tem-se o ciclo menstrual. Ciclo estral: Nos animais monoéstricos, o ciclo estral é seguido por um longo período de anestro (cadela). Nos animais poliéstricos, os ciclos estrais se sucedem sem intervalo (roedores, gatas, vacas e porcas) ou com um breve anestro (égua e ovelha). Fases do ciclo estral: Proestro - liberação de FSH pela hipófise; - crescimento dos folículos ovarianos: secreção de estrógeno; - células nucleadas e anucleadas no esfregaço vaginal. T. Montanari & E. Bevilacqua, USP Shorr, E. A new technic for staining vaginal smears: III, a differencial stain. Science, v.94, n.2449, p.545-546, 1941. Allen, E. The oestrous cycle in the mouse. Am. J. Anat., v.30, n.3, p.297-371, 1922.Bertalanffy, F. D.; Lau, C. Mitotic rates, renewal times, and cytodynamics of the female genital tract epithelia in the rat. Acta Anat., v.54, p.39-81, 1963. Estro - níveis elevados de estrógeno: queratinização do epitélio vaginal preparando para o coito; - células anucleadas no esfregaço vaginal; - pico de LH ovulação. Metaestro (ou Diestro I) - corpo lúteo mantido pelo LH; - níveis elevados de progesterona; - infiltração leucocitária no útero e na vagina; - células anucleadas e nucleadas e leucócitos no esfregaço vaginal. Diestro (ou Diestro II) - níveis elevados de progesterona; - secreção das glândulas uterinas e das células do epitélio vaginal; - células anucleadas e nucleadas, leucócitos e muco no esfregaço vaginal. T. Montanari & E. Bevilacqua, USP T. Montanari & E. Bevilacqua, USP Ciclo menstrual: - Fase menstrual O primeiro dia do ciclo menstrual é o primeiro dia de sangramento. A menstruação é a descamação da camada funcional do endométrio. Esta fase dura quatro a seis dias. - Fase folicular (estrogênica ou proliferativa) O FSH promove o crescimento dos folículos, os quais secretam estrógeno, que promove a reconstituição do endométrio a partir da proliferação das células da sua camada basal. Os níveis aumentados de estrógeno estimulam a liberação de um pico de LH, responsável pela ovulação. - Fase lútea (progestacional ou secretora) A progesterona produzida pelo corpo lúteo estimula a secreção de glicoproteínas e glicogênio pelas glândulas endometriais (glândulas tubulares simples, às vezes, ramificadas), tornado o endométrio edemaciado e rico em nutrientes para o embrião. O corpo lúteo é mantido pelo LH por cerca de 14 dias (12 a 16 dias). Com a degeneração do corpo lúteo, há a suspensão da progesterona, o que causa constrição das arteríolas e, em consequência, isquemia da camada funcional do endométrio. Ocorre também a contração do miométrio, o que provocará a descamação do endométrio, tendo-se uma nova fase menstrual. Adaptado de Larsen, 1993. p.12. FSH LH estrógeno progesterona Fase Menstrual Fase Proliferativa Fase Secretora 5 14 28 T. Montanari Fotomicrografia de útero humano na fase menstrual. Notar a ausência do epitélio superficial e de parte do tecido conjuntivo devido à descamação do endométrio. HE. T. Montanari, UFRGS Fotomicrografia de útero humano na fase proliferativa, exibindo glândulas endometriais de trajeto reto. HE. Fotomicrografia de útero humano na fase secretora, com glândulas endometriais tortuosas. HE. T. Montanari, UFRGS T. Montanari, UFRGS T. Montanari, UFSM T. Montanari, UFSM Ovário de camundonga com corpos lúteos gravídicos. Ovário de camundonga com corpus albicans. No ser humano, o corpo lúteo tem praticamente o mesmo tamanho do folículo maduro que o originou: 1,5 a 2,5cm. Ele é uma glândula endócrina cordonal que, sob a influência do LH, secreta progesterona e um pouco de estrógeno. Se ocorrer a fertilização, o corpo lúteo será mantido pela gonadotrofina coriônica humana (hCG), sintetizada pelo córion do embrião, que será parte da placenta. Esse hormônio é semelhante ao LH. O corpo lúteo gravídico aumenta bastante o seu tamanho, atingindo 5cm de diâmetro. A regressão do corpo lúteo forma uma cicatriz de tecido conjuntivo, o corpus albicans. BHASIN, S. Testicular disorders. In: KRONENBERG, H. M.; MELMED, S.; POLONSKY, K. S.; LARSEN, P. R. Williams textbook of Endocrinology. 11.ed. Philadelphia: Saunders Elsevier, 2008. p.645-680. BLANDAU, R. J. O aparelho reprodutor feminino. In: WEISS, L.; GREEP, R. O. Histologia. 4.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1981. p.740-777. BROWDER, L. W.; ERICKSON, C. A.; JEFFERY, W. R. Developmental Biology. Philadelphia: Saunders College, 1991. p.22-53; 103-115. BULUN, S. E.; ADASHI, E. Y. The physiology and pathology of the female reproductive axis. In: KRONENBERG, H. M.; MELMED, S.; POLONSKY, K. S.; LARSEN, P. R. Williams textbook of Endocrinology. 11.ed. Philadelphia: Saunders Elsevier, 2008. p.541-567. CARLSON, B. M. Human Embryology and Developmental Biology. 5.ed. Philadelphia: Elsevier Saunders, 2014. p.2-28. 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Espermocitologia: espermocitograma em critério estrito. 2.ed. Caxias do Sul: Editora da Universidade de Caxias do Sul, 2007. p.13-42; 55; 108- 109; 137-142. OVALLE, W. K.; NAHIRNEY, P. C. Netter Bases da Histologia. Rio de Janeiro: Elsevier, 2008. p.378-388; 400-408; 412-416. PRIEDKALNS, J.; LEISER, R. Female reproductive system. In: EURELL, J. A.; FRAPPIER, B. L. Dellmann`s Textbook of Veterinary Histology. 6.ed. Iowa: Blackwell, 2006. p.256-274. ROSS, M. H.; PAWLINA, W. Histologia: texto e atlas, em correlação com biologia celular e molecular. 6.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. p. p.798- 819; 832-835; 859. WROBEL, K. -H.; BERGMANN, M. Male reproductive system. In: EURELL, J. A.; FRAPPIER, B. L. Dellmann´s Textbook of Veterinary Histology. 6.ed. Iowa: Blackwell, 2006. p.233-243. YOUNG, B.; LOWE, J. S.; STEVENS, A.; HEATH,J. W. Wheather Histologia funcional: texto e atlas em cores. 5.ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2007. p.347; 363; 366; 369. Transporte dos gametas e Fertilização Prof.a Dr.a Tatiana Montanari Departamento de Ciências Morfológicas – ICBS – UFRGS APARELHO REPRODUTOR MASCULINO: - Transporte dos espermatozoides; - Túbulos retos e rede testicular; - Epidídimo; - Dúctulos eferentes; - Ductos (ou canais) deferentes; - Glândulas bulbouretrais (ou de Cowper); - Vesículas seminais; - Próstata; - Pênis; - Sêmen (esperma ou ejaculado); APARELHO REPRODUTOR FEMININO: - Ovários e tubas uterinas; - Útero; - Vagina; FERTILIZAÇÃO: - Capacitação; - Interação entre os gametas e reação acrossômica; - Bloqueio à polispermia; - Cariogamia; - Ativação do metabolismo do zigoto. Um par de gônadas Ductos genitais Órgão sexual Glândulas anexas testículos dúctulos eferentes epidídimo ductos (ou canais) deferentes uretra pênis glândulas bulbouretrais (ou de Cowper) vesículas seminais próstata APARELHO REPRODUTOR MASCULINO Transporte dos espermatozoides Adaptado de Moore, K. L. Embriologia básica. Rio de Janeiro: Interamericana, 1984. p.20 e Moraes, G. E. S. Espermocitologia: espermocitograma em critério estrito. 2.ed. Caxias do Sul: Editora da Universidade de Caxias do Sul, 2007. p.14. T. Montanari e T. G. Loureiro Os gametas produzidos nos testículos e nos ovários devem se encontrar para a formação de um novo ser. Os espermatozoides são expelidos do sistema reprodutor masculino e entram no trato reprodutor feminino, onde ocorre a fertilização. Nos testículos, os espermatozoides não possuem motilidade ou exibem um fraco movimento vibratório da cauda. Eles são conduzidos pelas contrações das células mioides peritubulares, pela correnteza do fluido testicular e por gradiente de concentração. Os túbulos seminíferos têm a forma de U, e as extremidades abrem-se nos túbulos retos, constituídos somente por células de Sertoli e posteriormente por epitélio simples pavimentoso a colunar. Eles se continuam na rede testicular (ou rete testis), localizada no mediastino, o espessamento da túnica albugínea na borda posterior dos testículos. Assim como os túbulos retos, são de epitélio simples pavimentoso a colunar. Os canais da rede testicular fazem comunicação com 10 a 20 dúctulos eferentes, de epitélio pseudoestratificado colunar. As células colunares possuem cílios, mas há células cúbicas com estereocílios, que reabsorvem a maior parte do fluido testicular. Os cílios e as contrações da musculatura lisa permitem o transporte dos espermatozoides para os epidídimos. Os epidídimos situam-se ao longo da face posterior dos testículos e estão envolvidos pela túnica albugínea e pela túnica vaginal. Medem 7cm de comprimento, mas contêm um ducto de 6m, enovelado, onde os espermatozoides passam 4 a 12 dias. Anatomicamente o epidídimo divide-se em: cabeça, corpo e cauda. Na ejaculação, os espermatozoides saem da cauda dos epidídimos e passam rapidamente pelos canais deferentes (35cm) e pela uretra (20cm), graças à contração do músculo liso desses órgãos. Baseado em Moraes, 2007. p.14. TS – túbulos seminíferos; TR – túbulos retos; RT – rede testicular; CE – canais eferentes; E – epidídimo, e CD – canal deferente. TS TR RT CE E CD T. G. Loureiro e T. Montanari T. G. Loureiro Túbulos retos e rede testicular Túbulos retos (TR): Comunicam os túbulos seminíferos à rede testicular. São revestidos inicialmente por células de Sertoli (seta) e posteriormente por epitélio simples colunar a pavimentoso. O segmento com células de Sertoli evita o refluxo do fluido da rede testicular para os túbulos seminíferos. Rede testicular ou rete testis (RT): Localizam-se no mediastino do testículo. Contínuos aos túbulos retos, são revestidos por epitélio simples colunar a pavimentoso. Roberta Davis, Zuleika Bendik Rech Dacás & T. Montanari, UFRGS Dúctulos eferentes De 10 a 20 dúctulos que se abrem no epidídimo, são revestidos por epitélio pseudoestratificado, com células colunares ciliadas e células cúbicas com estereocílios. Os estereocílios estão envolvidos com a absorção do fluido testicular. O transporte dos espermatozoides é promovido pela ação dos cílios e das contrações da musculatura lisa (M) bem desenvolvida. Rovana Lampert, Sílvia Tonial dos Santos & T. Montanari, UFRGS Epidídimo O epidídimo é um órgão com 7cm de comprimento, com um ducto único, o ducto epididimário, de cerca de 6m, bastante enrolado. Anatomicamente o epidídimo divide-se em: cabeça, corpo e cauda. Os dúctulos eferentes desembocam no ducto epididimário, na cabeça, e o canal deferente é contínuo com o ducto da cauda. T. G. Loureiro e T. Montanari cabeça corpo cauda Baseado em Moraes, 2007. p.14. O ducto epididimário é revestido por epitélio pseudoestratificado colunar com estereocílios. Os estereocílios aumentam a superfície absortiva. O transporte dos espermatozoides é garantido pelas contrações de miofibroblastos dispostos em torno do ducto e da musculatura lisa, especialmente desenvolvida na região da cauda. T. Montanari, UFRGS A porção supranuclear das células epiteliais apresenta uma aparência floculada, devido ao Golgi proeminente para a síntese de glicoproteínas que são adicionadas à superfície dos espermatozoides. T. Montanari, UFRGS T. G. Loureiro Ductos (ou canais) deferentes T. Montanari, UFRGS Comunicam o epidídimo à uretra, medindo cerca de 35cm. A luz é revestida por epitélio pseudoestratificado colunar com estereocílios. Subjacente há uma lâmina própria (L) de tecido conjuntivo e uma camada de músculo liso (M) bem desenvolvida, cuja contração promove o transporte dos espermatozoides. Externamente, há a adventícia (A), tecido conjuntivo frouxo compartilhado com vasos, nervos e o músculo cremaster, ou a serosa (S), quando o tecido conjuntivo é delimitado pelo mesotélio do cordão espermático. Próximo à extremidade distal, os ductos deferentes apresentam uma dilatação, a ampola, com a camada muscular mais delgada. S Localizam-se na raiz do pênis e abrem-se na uretra membranosa. Possuem o tamanho de uma ervilha, com 1cm de diâmetro. São glândulas tubuloalveolares compostas, secretoras de um fluido ligeiramente mucoso que lubrifica a uretra antes da ejaculação. Glândulas bulbouretrais (ou de Cowper) Population Reports, série L, n. 4, setembro de 1984, p. L-19. Vesículas seminais T. Montanari, UFRGS Originadas como um divertículo da porção distal dos ductos deferentes. São um par, cada uma com 5cm de comprimento, sendo constituída por um tubo de 15cm enrolado sobre si mesmo. A mucosa é pregueada, com epitélio secretor de células cúbicas ou colunares e lâmina própria de tecido conjuntivo delgada. Subjacente há uma camada interna circular e uma camada externa longitudinal de músculo liso. Externamente, há uma adventícia. Produzem secreção viscosa, rica em frutose, que serve como fonte energética para os espermatozoides ejaculados. A secreção contém ainda ácido ascórbico, potássio, proteínas básicas, enzimas e prostaglandinas. A enzima vesiculase coagula parte do ejaculado, formando um tampão vaginal, que evita o seu retorno. As prostaglandinas estimulam a motilidade uterina, contribuindo para o rápido movimento dos espermatozoides para o sítio de fertilização. No momento da ejaculação, a contração muscular impele a secreção por ductos curtos para a ampola do canal deferente, que se continua, no interior da uretra prostática, como ductos ejaculatórios (1cm de comprimento). Próstata T. Montanari, UFRGS Tem a forma e o tamanho de uma castanha europeia e pesa 20g. Possui uma cápsula de tecido conjuntivo denso não modelado, com células musculares lisas interpostas e 30 a 50 glândulas tubuloalveolares, ramificadas e compostas, que desembocam na uretra que corre no seu interior. A uretra é revestidapor epitélio de transição. Secreção: fosfatase ácida, ácido cítrico, amilase, lisozima, fibrinolisina e PSA – antígeno específico da próstata. A fibrinolisina e o PSA liquefazem o sêmen. Níveis elevados de PSA no sangue (acima de 4,0ng/mL) indicam o aumento anormal da próstata (hiperplasia benigna da próstata ou adenocarcinoma da próstata). U G Adaptado de Stevens, A.; Lowe, J. Histologia. São Paulo: Manole, 1995. p.315. Esquema de corte da próstata, exibindo a uretra (U) e a posição das glândulas mucosas (M), submucosas (S) e principais (P). A região periuretral é afetada na hiperplasia benigna, enquanto a zona periférica, com as glândulas principais, está envolvida no adenocarcinoma da próstata. DE – ductos ejaculatórios. T. Montanari P S M DE U Zonas: T. G. Loureiro Tipos celulares e funções: T. G. Loureiro http://instruction.cvhs.okstate.edu Corte do corpo do pênis. Apresenta uma pele delgada, com epitélio estratificado pavimentoso pouco queratinizado, mais pigmentado que o resto do corpo, e tecido conjuntivo bastante frouxo, o que permite o seu movimento durante a relação sexual. A glande é revestida por epitélio estratificado pavimentoso, não queratinizado e recoberta pelo prepúcio, cuja riqueza em fibras elásticas no tecido conjuntivo contribui para a sua retração. O corpo do pênis é composto por dois corpos cavernosos (localizados dorsalmente) e um corpo esponjoso (ventral, onde corre a uretra), de tecido erétil: tecido conjuntivo denso não modelado, ricamente vascularizado. Ao redor dos corpos cavernosos, há uma bainha de tecido conjuntivo denso, a túnica albugínea. Na glande, há somente o corpo esponjoso, que se expande distalmente. O tecido conjuntivo ao redor é mais delgado e com mais fibras elásticas, evitando a obstrução da uretra durante a ereção. Pênis Sêmen (esperma ou ejaculado) São frações expelidas em sequência: a secreção da próstata, os espermatozoides e a secreção das vesículas seminais. Os espermatozoides perfazem 5% do sêmen, e o componente líquido, o líquido seminal, corresponde a 95%, sendo que a contribuição das vesículas seminais é de cerca de 60% (46 a 80%; 2,0 a 2,5mL) e a da próstata, de aproximadamente 30% (13 a 33%; 0,5mL). Um ejaculado normal, após três a quatro dias de abstinência, tem 2 a 4mL e 20 a 250 milhões/mL de espermatozoides. Para que um espermatozoide chegue à tuba uterina é necessário que, pelo menos, um milhão seja lançado no momento da ejaculação. Deve haver cerca de 80 milhões de espermatozoides móveis no ejaculado para que a fertilidade seja assegurada. O sêmen ejaculado na vagina deposita-se na bacia seminal, que se forma durante a relação sexual, na região mais posterior da vagina, devido ao intumescimento das paredes no terço próximo ao exterior (plataforma orgásmica). O fluido seminal coagula logo após a ejaculação e liquefaz dentro de 15 a 30min. O pH do sêmen está entre 7,0 e 8,3. Com o pH alcalino do sêmen, o pH da vagina superior passa, em 10 segundos, de 4,3 para 7,2, permitindo a sobrevivência dos espermatozoides. Baseado em Population Reports, série C, n. 8, junho de 1981, p. C-3. Infundíbulo Ampola Istmo Intramural Ligamento ovariano Ligamento largo do útero Ovário Tuba uterina E. Leite e T. Montanari Útero Vagina Colo uterino ou cérvice Canal cervical APARELHO REPRODUTOR FEMININO Ovários e tubas uterinas Os ovários são um par de órgãos em forma ovoide, com cerca de 3cm de comprimento e 2cm de largura e 14g de peso. Estão conectados ao aparelho reprodutor pelo ligamento ovariano e pelo ligamento largo do útero, sendo que estão fixos a este último pelo mesovário, uma prega do peritônio, que traz os vasos linfáticos e sanguíneos e os nervos para as gônadas. As tubas uterinas têm 12cm de comprimento e 1 a 2mm de diâmetro. São anatomicamente divididas em: infundíbulo, ampola, istmo e segmento intramural, sendo o infundíbulo, a porção mais distal, cujas projeções, as fímbrias, varrem o ovário, captando o oócito na ovulação. Sinais químicos do oócito ou da corona radiata atraem os espermatozoides. O transporte dos espermatozoides pelo útero e pela tuba uterina se dá principalmente pelas contrações da camada muscular. O movimento dos gametas masculino e feminino em sentidos opostos da tuba uterina é decorrente da sua subdivisão em compartimentos, com contrações peristálticas independentes. Ovário de camundonga no 18º dia de gestação. T. Montanari, UFSM T. G. Loureiro A luz da tuba uterina é revestida por epitélio simples colunar ciliado, que inclui células endócrinas e células secretoras. As células secretoras são colunares com microvilos e produzem um fluido aquoso, rico em potássio, cloro e proteínas do soro, como imunoglobulinas. Subjacente ao epitélio, há o tecido conjuntivo, ricamente vascularizado e uma camada de músculo liso bem desenvolvida, com subcamadas interna circular e externa longitudinal. Externamente, há uma serosa, contínua ao peritônio. T. Montanari, UFRGS Útero http://www.unifesp.br/dmorfo/histologia/ensino/utero/histologia.htm Fotomicrografia de útero humano na fase menstrual. T. Montanari, UFRGS Fotomicrografia de útero humano na fase proliferativa. T. Montanari, UFRGS Fotomicrografia de útero humano na fase secretora. T. Montanari, UFRGS Vagina Canal de 8 a 10cm de comprimento, que liga o colo do útero à genitália externa. É o local onde o pênis deposita os espermatozoides na relação sexual. É revestida por epitélio estratificado pavimentoso, cujas células produzem glicogênio usado para fermentação pelos Lactobacillus acidophilus (bacilos de Döderlein), liberando ácido lático. Isso confere ao meio vaginal um pH ácido, que impede a proliferação da maioria dos micro-organismos patogênicos. FERTILIZAÇÃO - Capacitação; - Interação entre os gametas e reação acrossômica; - Bloqueio à polispermia; - Cariogamia; - Ativação do metabolismo do zigoto. Capacitação Ocorre durante a passagem dos espermatozoides pelas secreções do trato reprodutor feminino (muco cervical e fluido folicular). Envolve os seguintes acontecimentos: - desprendimento da cobertura superficial de glicoproteínas secretadas no epidídimo e de proteínas oriundas do líquido seminal; - remoção dos fatores de decapacitação associados à superficie, que consistem em glicoconjugados do líquido epididimário que foram adicionados à cabeça do espermatozoide durante a maturação no epidídimo; - alterações dos componentes da membrana plasmática do espermatozoide, como a perda de colesterol e a redistribuição de fosfolipídios e carboidratos; - maior velocidade de fosforilação da tirosina; - ativação dos canais de Ca2+, possibilitando um maior influxo desse íon, inclusive pela membrana da cauda; Essas mudanças aumentam a atividade respiratória e a motilidade dos espermatozoides e desbloqueiam as proteínas que se ligam à zona pelúcida. Interação entre os gametas e reação acrossômica A E D B C E. Leite e T. Montanari Baseado em Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, P. Molecular biology of the cell. 4.ed. New York: Garland Science, 2002. p.1152 e em www.embriology.ch. A galactosil-transferase presente na membrana do espermatozoide liga-se à galactose terminal da glicoproteína ZP-3 da zona pelúcida em uma ligação específica da espécie. Um influxo de cálcio provoca a fusão da membrana externa do acrossomo com a membrana plasmática do espermatozoide. Nestes locais, as membranas rompem-se, liberando as enzimas do acrossomo (A -B). A hialuronidase degrada o ácido hialurônico, um glicosaminoglicano da matriz extracelular da corona radiata. A protease acrosina fica exposta na membrana acrossomal interna e digere as glicoproteínas da zona pelúcida. O contato do espermatozoide ao oócito é tangencial, já que somente a membrana plasmática da porção posterior dacabeça permanece intacta após a reação acrossômica (C). A fusão das membranas é promovida pela fertilina, uma glicoproteína transmembrana do espermatozoide, que se liga à integrina do oócito (D). O núcleo e a cauda do espermatozoide entram no oócito (E). CR Fotomicrografia do oócito, envolvido pela zona pelúcida ( ) e pela corona radiata. T. Montanari, UFRGS Bloqueio à polispermia Reação do oócito à entrada do espermatozoide, impedindo a entrada de outros espermatozoides. Inicialmente há a despolarização da membrana do oócito devido a um influxo de cálcio e de sódio: o potencial de repouso muda de -70mV para +10mV. Com a membrana plasmática positiva, outro espermatozoide não consegue inserir a proteína fusogênica, também de carga positiva. Este bloqueio tem curta duração: cerca de 1min, mas é o tempo suficiente para um bloqueio definitivo ser desencadeado: a reação cortical. O aumento dos níveis citoplasmáticos de cálcio provoca a exocitose dos grânulos corticais. Dos grânulos são liberados enzimas e glicosaminoglicanos. As enzimas removem a galactose da ZP-3, impedindo a ligação de outro espermatozoide. Elas ainda clivam a ZP-2, modificando a estrutura da zona pelúcida, que se torna a membrana hialina, de difícil penetração. Os glicosaminoglicanos atraem íons de sódio, que, por sua vez, atraem água, aumentando o espaço entre a membrana hialina e a membrana plasmática. E. Leite e T. Montanari Cariogamia A entrada do espermatozoide faz com que o oócito secundário complete a segunda meiose, liberando o segundo corpúsculo polar. O material genético do espermatozoide desespiraliza-se, devido à substituição das protaminas pelas histonas acumuladas no citoplasma do oócito. Os envoltórios nucleares desintegram-se, e os cromossomos pareiam-se. A fusão do pronúcleo masculino com o pronúcleo feminino origina o núcleo diploide do zigoto. Ativação do metabolismo do zigoto Browder, L. W.; Erickson, C. A.; Jeffery, W. R. Developmental Biology. Philadelphia: Saunders College, 1991. p.153. ALBERTS, B.; JOHNSON, A.; LEWIS, J.; RAFF, M.; ROBERTS, K.; WALTER, P. Molecular Biology of the cell. 4.ed. 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Referências Desenvolvimento comparado Prof.a Dr.a Tatiana Montanari Departamento de Ciências Morfológicas – ICBS – UFRGS VARIABILIDADE DO GAMETA MASCULINO; VARIABILIDADE DO GAMETA FEMININO: - Organização do ovo; - Tipos de ovos; - Células acessórias; - Envelopes do ovo; CLIVAGEM; MOVIMENTOS MORFOGENÉTICOS; DESENVOLVIMENTO DOS EQUINODERMOS; DESENVOLVIMENTO DOS PROTOCORDADOS; DESENVOLVIMENTO DOS ANFÍBIOS; DESENVOLVIMENTO DAS AVES. Espermatozoide humano de esfregaço seminal observado ao microscópio de luz. A cabeça assemelha-se a uma raquete quando vista de cima. Giemsa. Eletromicrografia de espermátide alongada de camundongo, mostrando a cabeça em forma de foice. T. Montanari, UFRGS T. Montanari & Heidi Dolder, UNICAMP Há uma grande diversidade na morfologia do espermatozoide entre os animais. Essa variabilidade morfológica está relacionada a adaptações às condições de fertilização. Apesar da variedade, estão geralmente presentes: o núcleo, que contém o material genético; o acrossomo, que permite a penetração das camadas envoltórias do gameta feminino, e o flagelo, responsável pela locomoção da célula. O acrossoma e o núcleo determinam a forma da cabeça do espermatozoide. Em roedores, ela tem a forma de foice, enquanto, em humanos, de raquete. Nos espermatozoides de insetos, peixes, anfíbios, répteis e aves, o núcleo é geralmente longo e delgado, sendo que, em alguns, ele é ainda espiralado. A grande variação na morfologia do acrossomo foi possibilitada evolutivamente, porque ele se rompe para a liberação das enzimas, não tendo um papel mecânico na penetração dos envelopes do ovo. VARIABILIDADE DO GAMETA MASCULINO Casimiro García-Fernández, UFRGS Espermatozoide de carrapato. O núcleo alongado foi apontado. Paralelo a ele, não corado, há o acrossomo (A). A extremidade oposta, mais dilatada, executa os movimentos ameboides. PAS/H. A Na maioria das espécies de poríferos e cnidários, o espermatozoide não possui acrossoma. Nas esponjas, os espermatozoides são transportados até os ovos engolfados por coanócitos modificados, e, nos cnidários, os espermatozoides emitem projeções que interagem com a superfície do ovo. Há animais, como os ouriços-do-mar, que projetam o acrossoma quando se aproximam do gameta feminino. Um longo e delgado processo, o processo acrossômico, é formado. Sua membrana tem as proteínas bindinas que interagem com glicoproteínas do envelope vitelino, o envoltório mais interno do ovo. A fusão entre a ponta do processo acrossômico e um microvilo do gameta feminino estabelece uma ponte citoplasmática, através do qual o espermatozoide entra. A presença de flagelo também não é universal. Nematódeos possuem espermatozoides arredondados com pseudópodos para migração. Em crustáceos, os espermatozoides são esféricos ou estrelados e são imóveis ou movimentam-se através de pseudópodos. O espermatozoide do carrapato-bovino (Boophilus microplus) tem uma forma alongada e realiza movimento ameboide. GARCÍA-FERNÁNDEZ, C.; GARCIA, S. M. L.; GARCIA, R. N; VALENTE, V. L .S. New histochemical and morphological findings in the female genital tract of
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