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HISTOLOGIA E EMBRIOLOGIA AULA 1 Prof.ª Fernanda Eliza Toscani Burigo 2 INTRODUÇÃO À EMBRIOLOGIA CONVERSA INICIAL O estudo da embriologia amplia os horizontes, permitindo a compreensão e a maturação de conceitos importantes da Biologia. No entanto, para elucidação dos extraordinários e complexos eventos da embriologia, faz-se necessária a abrangência do início de todo processo de desenvolvimento embrionário, o qual se dá antes da fecundação. Assim, neste primeiro momento, vamos abordar as estruturas e funções dos sistemas reprodutores masculino e feminino, descrevendo os hormônios envolvidos no ciclo reprodutivo, e vamos delinear o processo da gametogênese e suas peculiaridades, culminando com o evento da fecundação. Sobre os sistemas reprodutores – também denominados de sistema genital, uma vez que suas funções não se referem apenas à reprodução – serão destacados os órgãos que os compõem, assim como as suas respectivas funções. É possível compreender que, apesar de não ser essencial para a sobrevivência do organismo, é fundamental para a sobrevivência da espécie. Além disso, podemos perceber que ambos apresentam estruturas internas e externas, sendo influenciados diretamente pela ação de hormônios específicos, os quais agem diretamente no desenvolvimento e amadurecimento sexual, além de atuarem diretamente sobre a formação dos gametas – processo conhecido por gametogênese. Sobre esse processo, é válido reconhecer a importância da meiose para os seres vivos, resgatando conhecimentos anteriores e compreendendo o papel dessa divisão na variabilidade genética. A partir da formação dos gametas será possível relatar a fecundação – processo exclusivo da reprodução sexuada, no qual a fusão de gametas possibilita a formação uma única célula (célula-ovo ou zigoto), a qual dará origem a um novo ser. Por fim, serão sugeridas a leitura e a pesquisa sobre a incidência dos gêmeos na população, como forma de discutirmos esse processo diferencial e muito instigante na Biologia. • Objetivo geral: Descrever anatômica e fisiologicamente os órgãos dos sistemas reprodutores masculino e feminino, os hormônios relacionados ao ciclo reprodutivo, bem como a formação de gametas. 3 • Objetivos específicos: • Identificar os órgãos do sistema reprodutor masculino e suas funções; • Identificar os órgãos do sistema reprodutor feminino e suas funções; • Ordenar os principais hormônios sexuais responsáveis pelas mudanças corporais e organização dos ciclos reprodutivos; • Reconhecer a gametogênese como um processo de divisão celular fundamental para a fecundação e o aumento da variabilidade genética; • Destacar as principais etapas da formação dos gametas; • Reconhecer o processo de origem dos gêmeos univitelinos e bivitelinos na população. TEMA 1 – SISTEMA REPRODUTOR MASCULINO O sistema reprodutor masculino é constituído por diversas estruturas – externas e internas – relacionadas à produção e à maturação dos gametas (espermatozoides), sua transferência para o sistema genital feminino (pelo coito ou cópula) e secreção de hormônios para o desenvolvimento dos caracteres secundários masculinos e da libido. As estruturas do sistema genital masculino, conforme demonstram as Figuras 1 e 2, compreendem: • Gônadas – os testículos são estruturas externas, constituídas por duas porções: as células intersticiais (ou células de Leydig), as quais são responsáveis pela produção de hormônios sexuais – entre eles a testosterona, responsável pela manifestação dos caracteres secundários, e os túbulos seminíferos, que produzem os gametas (os espermatozoides). Os testículos se alojam em uma bolsa especial, denominada bolsa escrotal ou escroto, que auxilia na manutenção da temperatura ideal para a gametogênese. • Ductos – transportam os espermatozoides; são constituídos pelos epidídimos, ductos deferentes, ductos ejaculatórios e a uretra. Os primeiros servem de local para armazenamento e maturação dos espermatozoides; pelos ductos deferentes, os espermatozoides são transportados até o ducto ejaculatório; é o canal deferente que sofre incisão no processo de vasectomia, não alterando em nada a produção de sêmen. O ducto ejaculatório faz a ligação entre o ducto deferente e as 4 glândulas anexas (explicadas a seguir), recebendo os espermatozoides e secreções que formarão o líquido seminal. Por fim, a uretra – canal que passa pelo interior do pênis – é comum aos sistemas genital e excretor, uma vez que é responsável pela eliminação do sêmen e da urina. Importa ressaltar que os dois fluidos não podem ser eliminados simultaneamente. • Glândulas anexas – produzem substâncias que vão compor o sêmen, juntamente com os espermatozoides. Incluem a próstata, a vesícula seminal e a glândula bulbouretral. A próstata produz um líquido alcalino, a fim de neutralizar o pH ácido da vagina, auxiliando a mobilidade e funcionalidade dos espermatozoides. A vesícula seminal também secreta um líquido viscoso e alcalino, contendo nutrientes, que se mistura ao líquido prostático a fim de formar o sêmen. A glândula bulbouretral, por sua vez, libera um fluido, o qual auxilia na lubrificação da uretra e da porção terminal do pênis. • Pênis – órgão copulatório, responsável pela introdução dos gametas masculinos no sistema reprodutor feminino, também sendo responsável pela eliminação da urina (excreção). É formado pela uretra e por tecidos eréteis (que aumentam de tamanho quando se enchem de sangue), o corpo cavernoso e o corpo esponjoso. O primeiro é constituído por músculos lisos e fibras elásticas e colágenas, sendo constituído por duas colunas de tecido, localizadas dorsalmente; já o segundo, representado por uma coluna ventral atravessada pela uretra, é repleto de glândulas secretoras de muco e se incha como uma esponja durante a ereção. Na porção terminal, o corpo esponjoso expande-se e forma a glande, também conhecida como cabeça do pênis, com inúmeras terminações nervosas e grande sensibilidade. Revestindo o pênis, há uma pele fina e mais pigmentada, que se dobra e se projeta sobre a glande, denominada prepúcio. A fimose é o excesso de prepúcio – a qual dificulta a exposição da glande e provoca dor – é uma indicação da necessidade de remoção cirúrgica do prepúcio, processo denominado circuncisão. 5 Figura 1 – Vista lateral do sistema genital masculino Crédito: Logika600/Shutterstock. 6 Figura 2 – Vista frontal do sistema genital masculino Crédito: Graphicsrf/Shutterstock. TEMA 2 – SISTEMA REPRODUTOR FEMININO O sistema reprodutor feminino, assim como o masculino, é composto por estruturas internas e externas; além de funções similares às do sistema masculino, como a produção de gametas e hormônios responsáveis pela maturação e liberação destes e dos caracteres secundários; apresenta órgãos relacionados à fertilização e implantação do embrião para a gestação e o parto. Além disso, é responsável pelo desenvolvimento das glândulas mamárias, aptas a secretarem leite para nutrir o recém-nascido. As estruturas do sistema genital feminino, conforme demonstram as Figuras 3 e 4, compreendem: • Gônadas/ovários – são estruturas responsáveis pela produção e maturação dos gametas, ovócitos ou óvulos, e também pela secreção de hormônios sexuais, o estrógeno e a progesterona, que ao serem secretados contribuem para o desenvolvimento dos caracteres secundários e também para o ciclo reprodutivo, tornando a mulher 7 biologicamente apta à reprodução. Os ovários são constituídos por diversos folículos, os quais atuam como pequenas bolsas que armazenam os gametas maduros que se rompem a cada ovulação, liberando o ovócito secundário nas tubas uterinas. Sua estrutura interna e o processo de ovulação serão detalhados no Tema3. • Tubas uterinas – estabelecem a conexão entre os ovários e o útero, atuando na captação do gameta após a ovulação, através de estruturas filamentosas com aspecto de franjas denominadas fímbrias e o conduzindo para a fecundação ou eliminação. É um órgão oco, constituído por músculo liso e repleto de células ciliadas. Na tuba uterina ocorre a fecundação. • Útero – órgão oco, em formato de pera e constituído por músculo liso, revestido por uma camada proeminente de células – o endométrio (ou parede uterina); é responsável por receber o blastocisto, alojá-lo, permitir sua fixação na parede uterina – processo conhecido por nidação – e propiciar seu desenvolvimento e nutrição. Caso não haja fecundação, o endométrio descama, rompendo microvasos sanguíneos e provocando a menstruação. As contrações musculares do útero desempenham papel fundamental no parto, auxiliando a “expulsar” o bebê. Sem gravidez, as contrações caracterizam as cólicas menstruais. A partir da base ou colo do útero, projeta-se a vagina. • Vagina (ou canal vaginal) – é um tubo muscular oco, variando entre 6,5 e 12,5 cm de comprimento. É responsável por receber o pênis durante o ato sexual, conduzir a secreção menstrual para o exterior e sua dilatação permite a passagem do bebê durante o parto natural. É um canal rico em terminações nervosas e glândulas, que produzem secreções que são aumentadas com o estímulo sexual. Seu pH é ácido, a fim de evitar a proliferação de microrganismos, mas possui uma flora natural repleta de fungos e bactérias. No limiar da vagina com a vulva encontra-se o hímen, membrana elástica que normalmente se rompe com a primeira relação sexual. • Vulva ou pudendo – refere-se ao conjunto de estruturas externas do sistema genital feminino. Formado por: lábios maiores, lábios menores e clitóris. Os lábios, formados por dobras de tecido adiposo, têm a função de proteção: os menores protegem as aberturas da vagina e uretra, 8 enquanto os maiores protegem os menores. Já o clitóris, formado pela junção dos pequenos lábios na região superior da vulva, é uma região riquíssima em terminações nervosas e vasos sanguíneos, sendo um órgão erétil quando excitado. Figura 3 – Vista externa do sistema genital feminino Crédito: Marochkina Anastasiia/Shutterstock. 9 Figura 4 – Vista frontal/interna do sistema genital feminino Crédito: Macrovector/Shutterstock. TEMA 3 – HORMÔNIOS SEXUAIS E CICLO REPRODUTIVO A maturação sexual e a produção de gametas são ações totalmente controladas pelo Sistema Nervoso e Endócrino, sendo dependentes de hormônios especiais, os quais atuam sobre os aparelhos reprodutores. A hipófise, importante glândula do Sistema Endócrino, secreta os hormônios gonadotróficos – LH e FSH – que possuem ação direta sobre as gônadas. Estas, por sua vez, também secretam hormônios específicos, responsáveis pelos caracteres secundários e amadurecimento dos gametas. A atividade hormonal diverge em vários pontos entre homens e mulheres, conforme abordaremos a seguir. 10 3.1 Regulação hormonal masculina O hormônio luteinizante (LH) secretado pela adeno-hipófise atua sobre os testículos, estimulando a produção de testosterona pelas células de Leydig ainda durante o desenvolvimento embrionário, tendo seus níveis aumentados com a puberdade. Esse aumento promove o crescimento dos órgãos sexuais, o desenvolvimento dos caracteres secundários (como barba e engrossamento da voz) e a formação dos gametas, processo denominado espermatogênese. Já o hormônio folículo estimulante (FSH), também secretado pela adeno-hipófise, estimula diretamente a produção dos espermatozoides, sendo regulado por outro hormônio, em um complexo processo de ativação/inibição. É válido ressaltar que a secreção de hormônios pelos homens é contínua e perdura por quase toda vida. 3.2 Regulação hormonal feminina A regulação hormonal feminina é bem mais complexa e cíclica, se relacionando diretamente com a ovulação e a menstruação. Tentaremos abordar de forma resumida e simplificada esse processo. Na mulher também estão envolvidos os hormônios LH e FSH, atuando no ciclo ovariano, de maturação dos gametas. O FSH estimula o desenvolvimento dos folículos ovarianos, permitindo a produção de estrogênio, que atua na maturação dos folículos e, em altas concentrações, estimula a secreção de LH, a ruptura do folículo ovariano e, consequentemente, a ovulação, liberando o ovócito II. Esse processo ocorre, geralmente, 14 dias após o início do ciclo menstrual, ou seja, 14 dias após o início da menstruação a mulher estará ovulando. Os vestígios de células foliculares no ovário transformam-se em corpo lúteo, o qual produz estrogênio e progesterona. Sem fecundação, esse componente se desintegra, atrofiando. Esse processo causa a desagregação do endométrio e a redução abrupta da concentração dos hormônios, caracterizando a fase menstrual. Uma nova secreção de FSH pela hipófise estimula o crescimento de novos folículos no ovário, iniciando um novo ciclo (ver Figuras 5 e 6). Caso haja fecundação, aumenta a secreção de progesterona, hormônio relacionado ao espessamento do endométrio, a fim de favorecer a nidação (fixação do embrião no útero). Diferentemente dos homens, as mulheres apresentam uma queda brusca na produção hormonal, caracterizando o fim do 11 seu ciclo reprodutivo. A partir desse momento, afirma-se que a mulher está na menopausa. Figura 5 – Ovulação – da produção do folículo à eliminação do gameta Crédito: Ody_Stocker/Shutterstock. Figura 6 – Ciclo menstrual Crédito: Lokika600/Shutterstock. 12 TEMA 4 – GAMETOGÊNESE E FECUNDAÇÃO 4.1 Introdução Gametogênese é o processo pelo qual os gametas são produzidos nos organismos dotados de reprodução sexuada. Nos animais, acontece nas gônadas (ovários e testículos), as quais também produzem os hormônios sexuais, diferenciando os machos das fêmeas. Um evento fundamental para a ocorrência da gametogênese é a meiose, divisão celular que reduz à metade a quantidade de cromossomos das células, originando células haploides (gametas) e com variabilidade genética (crossing over). Na fecundação, a fusão de dois gametas haploides reconstitui o número diploide característico de cada espécie. A gametogênese masculina é chamada espermatogênese e a gametogênese feminina denomina-se ovogênese ou ovulogênese. 4.2 Espermatogênese De acordo com Paoli (2014), a espermatogênese divide-se em quatro fases, conforme descrito a seguir e que podemos observar na Figura 7: • Fase de proliferação ou de multiplicação – Inicia-se na vida intrauterina, alongando-se por praticamente toda a vida. As células primordiais dos testículos, diploides, aumentam em quantidade por mitoses consecutivas, formando as espermatogônias. • Fase de crescimento – Um pequeno aumento no volume do citoplasma das espermatogônias formam os espermatócitos primários ou espermatócitos I, também diploides. • Fase de maturação – Relaciona-se ao período de ocorrência da meiose. Depois da primeira divisão meiótica, cada espermatócito I origina dois espermatócitos secundários ou espermatócitos II. Como resultam da primeira divisão da meiose, já são haploides, embora possuam cromossomos duplicados. Com a ocorrência da segunda divisão meiótica, os espermatócitos II geram quatro espermátides haploides. • Espermiogênese – É o processo que transforma as espermátides em espermatozoides, perdendo quase todo o citoplasma. Ocorre a fusão das vesículas do complexo de Golgi, formando o acrossomo, localizado na extremidade anterior dos espermatozoides (cabeça). O acrossomo 13 contém enzimas que perfuram as membranas do óvulo, na fecundação. Os centríolos migram para a região posterior ao núcleo, atuando na formação do flagelo, estrutura responsável pela movimentação dosespermatozoides. Uma grande quantidade de mitocôndrias, que são responsáveis pela respiração celular e pela produção de ATP, concentra- se na região entre a cabeça e o flagelo, conhecida como peça intermediária (ver Figura 8). Figura 7 – Etapas da espermatogênese Crédito: Emre Terim/Shutterstock. 14 Figura 8 – Espermiogênese – a formação do espermatozoide Crédito: Svetlana Verbinskaya/Shutterstock. 4.3 Ovogênese ou ovulogênese De acordo com Paoli (2014), a ovogênese, diferentemente da espermatogênese, é dividida em três etapas, conforme descrição a seguir e observada na Figura 9. • Fase de multiplicação ou de proliferação: ocorrem mitoses sucessivas, quando as células germinativas aumentam em quantidade e originam as ovogônias. Tal fase termina por volta do final do primeiro trimestre da gestação. Assim, quando uma menina nasce, já tem em seus ovários cerca de 400 mil folículos. É uma quantidade limitada, ao contrário dos homens, que produzem espermatogônias durante quase toda a vida. • Fase de crescimento: assim que são produzidas, as ovogônias iniciam a primeira divisão da meiose, interrompida na prófase I; ocorre o crescimento, com aumento do citoplasma e acúmulo de substâncias nutritivas (vitelo). Terminada a fase de crescimento, as ovogônias passam a ser chamadas de ovócitos primários ou ovócitos I. Nas mulheres essa fase perdura até a puberdade, quando a menina inicia a sua maturidade sexual. 15 • Fase de maturação: Inicia-se quando a menina alcança a maturidade sexual, por volta de 11 a 15 anos de idade. Nessa fase, o ovócito I completa a primeira divisão da meiose originando duas células. Uma não recebe citoplasma e se desintegra a seguir: é o primeiro corpúsculo (ou glóbulo) polar. A outra célula, grande e rica em vitelo, é o ovócito secundário ou ovócito II. Ao sofrer a segunda divisão da meiose, origina o segundo corpúsculo polar e o óvulo, gameta feminino, célula volumosa e repleta de vitelo. Uma observação importante: na gametogênese feminina, a meiose ocorre de forma desigual, uma vez que não reparte igualmente o citoplasma entre as células-filhas. Isso permite que o óvulo formado seja rico em substâncias nutritivas, o vitelo. Na maioria das fêmeas de mamíferos, a segunda divisão da meiose só acontece caso o gameta seja fecundado. Assim sendo, o verdadeiro gameta é o ovócito II, pois é ele que vai se unir com o espermatozoide, completando a segunda etapa da divisão. Figura 9 – Etapas da ovogênese Fonte: adaptado de Só Biologia, 2008. https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/nucleo16.php 16 4.4 Fecundação A fecundação ou fertilização é o processo no qual o espermatozoide chega ao ovócito II, rompe suas membranas, possibilitando a fusão dos núcleos haploides. O ovócito é envolto por duas camadas: a zona pelúcida e a corona radiata, visível na Figura 10. A primeira é constituída por proteínas e polissacarídeos, no entanto, a segunda se constitui de uma camada de células granulares. A fecundação ocorre nas tubas uterinas e pode ser dividida em três etapas: penetração na corona radiata (espermatozoides passam livremente pela camada de células), penetração na zona pelúcida (o acrossomo do espermatozoide libera enzimas digestivas, entrando em contato com a membrana plasmática do ovócito; quando isso ocorre, a zona pelúcida se modifica, bloqueando a entrada de outro espermatozoide) e fusão entre as membranas plasmáticas do ovócito e do espermatozoide (em que se permite a entrada do espermatozoide no ovócito, que completa a segunda etapa da meiose – ver Figuras 11 e 12). Os núcleos feminino e masculino se unem, originando a célula ovo ou zigoto. A partir desse momento, terá início o desenvolvimento embrionário. Figura 10 – Estrutura do ovócito II Crédito: Sakurra/Shutterstock. 17 Figura 11 – Etapas da fecundação Crédito: Designua/Shutterstock. Figura 12 – Transformações no gameta feminino após fecundação Crédito: Designua/Shutterstock. 18 TEMA 5 – LEITURA: A INCIDÊNCIA DOS GÊMEOS NA POPULAÇÃO De acordo com o Projeto Registro Brasileiro de Gêmeos (RBG, S.d.), As taxas de natalidade de gêmeos monozigóticos (MZ) são consistentes entre todas as raças (cerca de 4 a cada 1000 nascimentos), mas a incidência de gêmeos dizigóticos (DZ) varia entre as raças (8 a cada 1000 nascimentos entre os caucasianos, 16 a cada 1000 nascimentos entre as pessoas de ascendência africana, e 4 a cada 1000 nascimentos entre os asiáticos). A predisposição genética ou característica herdada à geminação DZ existe em algumas famílias, mas a consistência de geminação MZ entre todas as populações sugere que essa é uma ocorrência aleatória que não é influenciada por genes. Um aumento dramático no número de gêmeos DZ, trigêmeos e quadrigêmeos tem ocorrido devido aos novos tratamentos para a infertilidade disponíveis. A maioria dos tratamentos para infertilidade, desenvolvidos a partir da década de 70 envolve o uso de hormônios para estimular a ovulação de mais de um ovo. Em tratamentos em que os óvulos maduros são colhidos e fertilizados fora do corpo da mulher, como é o caso na fertilização in vitro, dois ou mais embriões são rotineiramente transferidos de volta para dentro do útero de modo a aumentar as probabilidades de que pelo menos um embrião se transforme numa gravidez bem-sucedida. Surpreendentemente, o tratamento com tecnologias de reprodução assistida também parece aumentar a taxa de geminação MZ, mas os pesquisadores ainda não entendem o motivo. Em publicação de 2011, o jornal Estadão noticiou que o nascimento de gêmeos teria aumentado em 17% na última década, atribuindo tal crescimento à popularização dos métodos de reprodução assistida. Leia em: . Acesso em: 30 jul. 2019. Saiba mais Para obter mais informações sobre os gêmeos, consulte os materiais a seguir: . Acesso em: 17 mar. 2023. . Acesso em: 17 mar. 2023. 19 NA PRÁTICA Precisamos saber quais as estruturas que compõem os sistemas genitais feminino e masculino. Assim, pesquise imagens referentes a esses sistemas, indicando suas partes principais. A fim de compreendermos melhor a gametogênese feminina e masculina, elabore um quadro comparativo, indicando as principais diferenças entre a espermatogênese e a ovogênese. Como biólogos e professores, é necessário saber abordar e relatar as doenças envolvidas com o processo reprodutivo. É importante conhecer para prevenir! Pesquise em livros, revistas e na internet sobre as principais doenças relacionadas ao Sistema Genital, suas características, profilaxia e tratamentos. Não é necessário que seja somente sobre as Doenças Sexualmente Transmissíveis (DSTs). Quando se fala em sexualidade, um tema bastante discutido é a gravidez, em especial, a gravidez precoce. E você: sabe quais os principais métodos contraceptivos? Organize uma tabela, citando as vantagens e desvantagens de cada um. Se possível, crie pequenos modelos, que possam ser usados como exemplos de cada método. FINALIZANDO Em primeiro lugar, abordamos as diferenças entre os sistemas reprodutores masculino e feminino, destacando os principais órgãos constituintes e suas respectivas funções: 20 Figura 13 – Diferenças entre os sistemas reprodutores masculino e feminino Crédito: Vectormine/Shutterstock. Então, destacamos como ocorre e quais as principais etapas da Gametogênese e os hormônios relacionados ao ciclo Reprodutivo. Figura 14 – Principais etapas da gametogênese Crédito: Sakurra/Shutterstock. Em seguida, destacamos o processo de fecundação.21 Figura 15 – Processo de fecundação Crédito: Sashkin/Shutterstock. E, por fim, aprendemos um pouco mais sobre o aumento da incidência de gêmeos, em leitura de artigos específicos. Desta maneira, em nossa aula abordamos: SISTEMAS REPRODUTORES REGULAÇÃO HORMONAL GAMETOGÊNESE FECUNDAÇÃO INCIDÊNCIA DE GÊMEOS 22 REFERÊNCIAS FERNÁNDEZ, C. G., GARCIA, S. M. L. G. Embriologia. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2012. BECKER, R. O. et al. Anatomia humana. Porto Alegre: SAGAH, 2018 LIPPINCOTT, I. et al. Anatomia e fisiologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2013. LOPES, S.; ROSSO, S. Biologia. São Paulo: Saraiva, 2005. PAOLI, S. de. Citologia e embriologia. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014. REGISTRO BRASILEIRO DE GÊMEOS. Gêmeos. Disponível em: . Acesso em: 2 ago. 2019. SADLER, T. W. Langman: embriologia médica. 13. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2017. ZIERI, R. Anatomia humana. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2014.