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Profa. Dra. Fernanda B. Lima FERTILIZAÇÃO, IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO E FUNÇÕES DA PLACENTA UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA FERTILIZAÇÃO Processo no qual o oócito e os espermatozóides interagem, alcançando reconhecimento mútuo, e se fundem criando um zigoto. É um processo multi-fatorial que leva à eventual interação do spz com o oócito e consequente formação do zigoto. O processo de maturação do oócito é regulado por diversos eventos hormonais (FSH, LH e E) Durante a ovulação, o oócito circundado pelo cúmulus é transportado pela tuba uterina por ação ciliar, ficando inicialmente retido na ampôla por 1-2 dias, onde a fertilização ocorre. FERTILIZAÇÃO FASES DA FERTILIZAÇÃO 1) A cabeça do spz se adere à zona pelúcida, ação mediada pela ligação da ZP3 com receptores na membrana do spz. FASES DA FERTILIZAÇÃO 2) A penetração na zona pelúcida, leva 15-20 minutos, e então o spz penetra a membrana perivitelínea. São interações responsáveis pela ligação do espermatozóide já reagido à membrana do oócito. Polispermia: após a fertilização, a expulsão das vesículas contendo os receptores juno evita a polispermia. Interações Izumo 1-Juno Eletromicrografia do SPTZ progressivamente penetrando a zona pelúcida de um ovócito de hamster. FASES DA FERTILIZAÇÃO 3) O pronúcleo masculino é então formado e inicia-se o estágio final da meiose do oócito, formando um segundo corpúsculo polar. O núcleo do oócito torna-se o pronúcleo feminino. FASES DA FERTILIZAÇÃO 4) Em 4 hs a cauda do spz é incorporada e em 24 hs os 2 pronúcleos já estão no centro do ovo. Durante o crescimento dos pronúcleos eles replicam seu DNA. O ovócito contendo 2 pronúcleos chama-se OÓTIDE. 5) Assim que os pronúcleos se fundem (cromossomos diplóides) a oótide torna-se um ZIGOTO. Cerca de 30 hs após a fecundação, este inicia seu processo de clivagens (divisões mitóticas repetidas) que geram os BLASTÔMEROS. FORMAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO Período crítico do desenvolvimento Mecanismos moleculares da implantação: sincronização entre endométrio e blastocisto, mediados por citocinas, prostaglandinas, hormônios, fatores de crescimento, enzimas, etc. O blastocisto secreta progesterona, que por meio da interação com prostaglandinas e catecolaminas, provoca o relaxamento da musculatura da tuba e do útero. Assim, a progesterona é importante para o transporte do embrião por estas regiões até a cavidade uterina. O estradiol também é secretado pelo blastocisto e é importante para manter os níveis de progesterona, portanto, ajuda na motilidade da tuba e útero. Tanto a progesterona quanto o estradiol parecem também participar do controle do fluxo sanguíneo no sítio de implantação. JANELA DE IMPLANTAÇÃO Período em que o útero é receptivo para a implantação do blastocisto. É um período curto que resulta da ação programada de estrógeno e progesterona sobre o endométrio. Para maior eficiência de processos de fertilização é importante saber o período propício para transferência do embrião, ou seja, o período de maior receptividade uterina. Em humanos, sugere-se que se inicie no 6˚ dia da fase lútea, e esteja completo no 10˚ dia da fase lútea Substâncias que agem durante a janela de implantação: MUC-1: ação repelente, prevenindo a aderência do blastocisto em regiões com baixas chances de implantação. -É altamente expressa no endométrio de mulheres inférteis. - Baixa expressão de MUC-1 está relacionada com gravidez ectópica. Quimiocinas e fatores de crescimento: produzidos pelo endométrio, atraem o blastocisto para regiões conhecidas como pinopódios. Os pinopodios estão totalmente desenvolvidos por apenas 1-2 dias e são responsáveis pela produção de interleucinas (LIF-fator inibidor de leucemia). Integrinas, Seletinas e Caderinas (moléculas de adesão): responsáveis pela adesão entre o embrião e o endométrio – marcadores de receptividade endometrial. JANELA DE IMPLANTAÇÃO Pinopódios de camundongas Castro, 2013 Castro 2013, adaptado de Norwitz, 2001 FORMAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO 4 dias após a fecundação a mórula alcança o útero e surge em seu interior uma cavidade chamada blastocele. Conforme este líquido aumenta, separa os blastômeros em 2 partes: o trofoblasto, que formará a porção embrionária da placenta e o embrioblasto, que formará o embrião. FORMAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO A zona pelúcida gradualmente se degenera e desaparece, permitindo que o blastocisto aumente de tamanho. Antes da implantação, o blastocisto secreta substâncias específicas que aumentam a receptividade endometrial. O sucesso da implantação depende da sincronização precisa entre o desenvolvimento do blastocisto e a maturação endometrial. Após 6 dias da fecundação, o blastocisto adere ao epitélio endometrial – FASE DE JUSTAPOSIÇÃO FORMAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO Logo após a adesão, o trofoblasto prolifera e se diferencia em citotrofoblasto (camada interna) e sinciciotrofoblasto (camada externa). Em 6 dias, os prolongamentos do sinciciotrofoblasto invadem o tec. conjuntivo e o blastocisto já está superficialmente implantado – FASE DE ADESÃO FORMAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO O sinciciotrofoblasto se expande rapidamente pelo polo embrionário, por produzir enzimas que provocam erosão do tecido materno (morte por apoptose) - FASE DE PENETRAÇÃO Implantação normal FORMAÇÃO E IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO TÉRMINO DA IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO A medida que o blastocisto se implanta, ocorrem mudanças morfológicas no embrioblasto que produzem o disco embrionário. Este disco é composto por duas camadas: hipoblasto e epiblasto, e formará todas as estruturas embrionárias. TÉRMINO DA IMPLANTAÇÃO DO BLASTOCISTO No final da 2˚ semana a implantação está completa. O sinciciotrofoblasto produz o hormônio hCG, que mantém o corpo lúteo ativo durante o início da gravidez (usado para testes de gravidez a partir do final da segunda semana). Durante a implantação, sob influência da progesterona secretada pelo corpo lúteo, o endométrio é transformado em uma decídua. A decídua consiste de grandes células endometriais ricas em glicogênio e lipídios. FINAL DA IMPLANTAÇÃO - DESCIDUALIZAÇÃO A decídua possui 3 regiões: 1- Decídua basal: parte mais profunda, que forma a parte materna da placenta. 2- Decídua capsular: parte superficial que recobre o embrião. 3- Decídua parietal: compreende todas as outras partes restantes. Reação Decidual: todas as mudanças celulares e vasculares que ocorrem no endométrio durante a implantação do blastocisto. A decídua é a fonte materna de produção de esteróides e proteinas relacionadas diretamente à manutenção e proteção da gravidez contra a rejeição imunológica. Sem a presença da progesterona a decídua não de desenvolve e a gravidez é interrompida. Fonte de Progesterona: corpo lúteo (6-8 semanas). Após, a fonte passa a ser a placenta. A decídua secreta: cortisol, hCG, progesterona, prolactina, fator semelhante à insulina, entre outros. O cortisol tem papel fundamental na supressão da resposta imune materna, evitando assim a rejeição do embrião. A prolactina regula os fluidos eletrolíticos através das membranas fetais por reduzir a permeabilidade das mesmas. A decidualização continua na gestação e seu papel é regular a invasão do trofoblasto e a formação da placenta através da alteração da expressão de citocinas, integrinas e complexos moleculares de histocompatibilidade. Proliferação e diferenciação adicional das células do estroma em células da decídua ocorre em reposta ao blastocisto. O trofoblasto libera sinais parácrinos que modulam a expressão de genes nas células do estroma da decídua FUNÇÕES DA PLACENTA Placenta: papel fundamental no balanço entre o desenvolvimentofetal e a homeostase materna. O desenvolvimento fetal se dá em um ambiente em que as funções respiratória, alimentar e de excreção são supridos pela placenta. Se desenvolve a partir do trofoblasto. Ao final da 3˚ semana os arranjos anatômicos começam a se estabelecer e ao final da 4˚ semana já se forma a rede vascular de trocas materno-embrionárias. Transferência restrita de metabólitos e drogas por meio de áreas de transferência especializadas; Medeia a implantação do embrião; Estabelece a interface para nutrição e trocas gasosas entre circulação materna e fetal; Inicia o reconhecimento materno da gestação, alterando o envolvimento imune local Altera as funções cardiovasculares e metabólicas maternas por meio da produção de hormônios parácrinos e endócrinos. FUNÇÕES DA PLACENTA A placenta é composta por 2 partes: porção fetal (formada pelo córion e amnion) e a porção materna (formada pela decídua basal). A porção fetal é aderida à porção materna pela capa citotrofoblástica Acredita-se que ocorra produção de hormônios pelo feto, amnion, córion e decídua, propiciando comunicação entre estes compartimentos – importante para o início do trabalho de parto. A placenta funciona como uma extensão do sistema hipotálamo-hipofisário. Seus mecanismos de retroalimentação positiva e negativa regulam os fatores que afetam o desenvolvimento fetal. Entretanto, os mecanismos pelos quais essa regulação acontecem ainda não são bem conhecidos. Qualquer alteração nas concentrações plasmáticas de hormônios maternos tem papel fundamental na modulação das respostas metabólicas e imunológicas da mãe, essenciais para a manutenção da gravidez. Tanto a placenta quanto o feto secretam hormônios esteróides e peptídeos na circulação materna, estimulando a produção hormonal da mãe. Na maioria dos mamíferos, incluindo os seres humanos, o sangue chega ao útero bidirecionalmente através de: uma anastomose arterial uterovariana originada a partir da aorta e das artérias uterinas originadas a partir das ilíacas internas. IRRIGAÇÃO DO ÚTERO IRRIGAÇÃO DO ENDOMÉTRIO Vasos sanguíneos perpendiculares partem das artérias utero-ovarianas principais e passam dentro do corpo do útero para dar forma às artérias arqueadas, que penetram no miométrio e seguem depois um trajeto horizontal paralelo à superfície do útero Delas se originam uma série de ramos radiais internos que atravessam o miométrio e chegam ao endométrio. Ao chegarem à camada basal do endométrio, denominam-se artérias basais e, quando penetram na camada funcional, artérias espiraladas. As artérias espiraladas são remodeladas pelo trofoblasto dando origem à placenta hemocorial. ARTÉRIAS ESPIRALADAS Citotrofoblastos se proliferam para formar vilosidades de ancoragem que se ligam à parede uterina. A partir das colunas de células das vilosidades de ancoragem, os trofoblastos extravilosos (EVTs) podem ser formados, desprendendo-se das vilosidades placentárias e migrando para a decídua CITOTROFOBLASTO (CTB) Progenitores que residem na ponta das colunas celulares (célula trofoblastica colunar ,CCT) dão origem a citotrofoblastos intersticiais (iCTB) que invadem a decídua uterina e citotrofoblastos endovasculares (eCTB) que migram para as artérias espiraladas DESENVOLVIMENTO DE TROFOBLASTOS EXTRAVILOSOS E AS SUAS FUNÇÕES Os eCTB adquirem características semelhantes a uma célula endotelial e tornam-se o trofoblasto endovascular (enEVTs). enEVTs penetram as artérias espiraladas uterinas materna e substituem as células endoteliais. Desta forma, as artérias espiraladas uterinas são remodeladas em vasos de baixa resistência e de alta capacidade. Esses eventos permitem o aumento do fluxo sanguíneo dirigido à placenta satisfazendo as necessidades do feto em crescimento. O trofoblasto do tipo endoglandular (egEVT) invade a glândula endometrial e pode fornecer nutrição para o embrião, antes do estabelecimento de perfusão placentária adequada. TROFOBLASTOS EXTRAVILOSOS REMODELAGEM DAS ARTÉRIAS ESPIRALADAS ARTÉRIAS DA DECIDUA NÃO REMODELADA As artérias não remodeladas da decídua consistem de várias camadas de músculo liso e um endotélio intacto. Macrófagos e células NK uterinas (presentes no endométrio e na decídua) são abundantes dentro da decídua no momento da implantação e podem ser observados próximos da artéria espiral. Inchaço das células do tecido conjuntivo e alterações na matriz extracelular. Remodelação: inchaço endotelial vacuolização, inchaço das células musculares lisas individuais ESTÁGIO 1 Durante o estágio II, ocorre a ruptura e perda parcial de célula muscular lisa, algumas quebras na camada extracelular, desorganização extensa e separação de camadas de músculo liso. As células NK e macrófagos infiltram as paredes dos vasos sanguíneos e desempenham um papel impulsionador no início do remodelamento vascular Secreção de fatores de crescimento angiogênicos ESTÁGIO 2 A desorganização vascular resulta em atividade vasomotora reduzida, o que pode contribuir para o aumento do fluxo sanguíneo materno para a placenta, mesmo antes do início da invasão pelo trofoblasto endovascular A infiltração da parede vascular pelos leucócitos coincide com a hipertrofia celular do endotélio, desorganização celular intensa, separação das células musculares lisas e perda de célula vascular ESTÁGIO 2 A remodelagem das artérias espiraladas pelos trofoblastos dos tipos endovascular está associada com perda substancial de célula muscular e célula endotelial, bem como com o desaparecimento de leucócitos da decídua. ESTÁGIO 3 ESTÁGIO 4 Os trofoblastos do tipo ENDOVASCULAR infiltrados na parede do vaso sanguíneo substituem a camada original de músculo liso por tecido fibrinóide (miofibroblastos). Formação de uma nova camada de endotélio ESTÁGIO 4 Ao final da remodelagem, as artérias espiraladas estão dilatadas, promovem baixa resistência ao fluxo, estão privadas da inervação simpática e não respondem aos fatores vasoconstritores. Essas alterações, em conjunto com a angiogênese, permitem um aumento de 40 vezes no fluxo sanguíneo do útero para a placenta. IMPORTÂNCIA FUNCIONAL DA REMODELAGEM REMODELAGEM DA ARTÉRIA ESPIRAL EM UMA PLACENTA NORMAL E OUTRA ANORMAL A placenta é constituída de tecido fetal originado do saco coriônico e de tecido materno derivado do endométrio. Na placenta madura, a porção fetal é chamada de placa coriônica. Essa região comporta os vasos sanguíneos fetais, que têm a sua origem dos vasos umbilicais. A porção materna da placenta é chamada placa basal. A região entre as duas regiões é o espaço intervilo. É nessa região que ocorrem as trocas materno-fetais. ESTRUTURA DA PLACENTA MADURA: O sangue materno entra no espaço intervilo através das artérias endometriais espiraladas. O sangue banha os vilos e volta para a mãe através das veias endometriais. Sangue fetal pobre em oxigênio chega até os vilos através das artérias umbilicais- coriônicas. O sangue oxigenado fetal nos capilares do vilo retorna ao feto através das veias coriônicas- umbilicais ESTRUTURA DA PLACENTA MADURA A MEMBRANA PLACENTÁRIA Refere-se a camada de células que separa o sangue materno no espaço intervilo do sangue fetal encontrado nos vasos sangüíneos do vilo. É constituída pelos sincitiotrofoblastos, pelos citotrofoblastos, tecido conjuntivo e o endotélio que circunda os capilares fetais. Os diferentes tipos de célula da placenta possuem diferentes funções: Citotrofoblastos: produzem os fatores reguladores hipotalâmicos: GnRH, CRH, somatostatina e TRH. Sinciciotrofoblastos: produzem os hormônios esteróides e os peptídeos:hCG, ACTH, GH variante, ocitocina, beta-endorfina. A progesterona é produzida pelo citotrofoblastos e pelo sinciciotrofoblastos. Os estrogênios apenas pelo sinciciotrofoblastos. FUNÇÕES ENDÓCRINAS DAPLACENTA A placenta expressa a 11β-HSD tipo 2, que transforma o cortisol em cortisona, esteróide que possui ação glicocorticóide mais fraca. Esse evento é importante na proteção do feto e no desenvolvimento do eixo hipotálamo-hipófise-adrenal fetal de uma exposição elevada de glicocorticóide presente no sangue materno. SÍNTESE DE ESTERÓIDES PROGESTERONA: A produção de progesterona pela placenta aumenta conforme a gestação avança. No final da gestação a produção de progesterona é de 250ng/dia, 10 vezes maior que a produção pelo corpo lúteo. A placenta não sintetiza colesterol, retira-o do sangue materno na forma de LDL. A regulação da produção de progesterona pela placenta depende da disponibilidade de substrato. A placenta não expressa a P450c17 e, portanto, não pode sintetizar estrógeno a partir do colesterol, da pregnenolona ou da progesterona. A síntese de estrógenos pelo trofoblasto depende de andrógenos produzidos pela adrenal fetal. Estrógenos placentários: estradiol, estrona e estriol A síntese de estriol reflete a atividade combinada do fígado fetal, da adrenal fetal e da placenta, por isso, sua concentração no sangue materno tem sido usada como indicador da saúde fetal. ESTRÓGENOS: hCG: para a gestação se desenvolver, o endométrio deve ser mantido e, portanto, o ovário deve ser notificado que ocorreu a fertilização. Esse sinal é a hCG que mantém o corpo lúteo funcional, produzindo progesterona e estrógeno. A secreção contínua de progesterona, estrógeno e inibina notifica a hipófise de que a gestação teve seu início e, esses sinais inibem a secreção de gonadotrofinas. GONADOTROFINA CORIÔNICA HUMANA hCG estimula a produção de testosterona pelas células de Leydig do testículo fetal. hCG também estimula a tireóide materna. A elevação na concentração do hormônios tireoidianos no sangue materno, especialmente o T4, é crucial O T4 materno é a única fonte disponível para a diferenciação do sistema nervoso fetal no primeiro trimestre de gestação. GONADOTROFINA CORIÔNICA HUMANA The acrosome reaction in human spermatozoa. Patrat, C; Serres, C; Jouannet, P. Biology of the Cell, 2000, 92:255-266. Acrosome reaction in the cumulus oophorusr evisited: involvement of a novel sperm-released factor NYD-SP8. Ting Ting Sun, Chin Man Chung, Hsiao Chang Chan, Protein Cell, 2011, 2:92-98. Endométrio na janela de implantação em mulheres com síndrome dos ovários policísticos. Ione Maria Ribeiro Soares LopesI; Maria Cândida Pinheiro BaracatII; Manuel de Jesus SimõesIII; Ricardo Santos SimõesIV; Edmund Chada BaracatV; José Maria Soares JrVI. Rev. Assoc. Med. Bras. 2011, vol.57 no.6 MUC1 as a Discriminator between Endometrium from Fertile and Infertile Patients with PCOS and Endometriosis. L. Margarit et al, J Clinical Endocrin. Metabolism, 2010, 95 (12), 5320-5329. A barreira placentária e sua função de transferência nutricional. M.P. Brolio, C.E. Ambrósio, A.R. Franciolli, A.C. Morini, R.R. Guerra, M.A. Miglino. Rev. Bras. Reprod. Anim., 34, n.4, p.222-232. Dados gentilmente fornecidos pela Profa. Dra. Marta A. Paschoalini. REFERÊNCIAS USADAS NESTA AULA A glicose é o principal carboidrato transportado da mãe para o feto através da placenta É a fonte primária de energia para o feto, transportada por difusão facilitada O feto tem pouca capacidade de produzir glicose pela gliconeogênese, por isso a glicose deve ser suprida pela mãe. GLUT1 é expresso nas membranas basais e do microvilo do sinciciotrofoblasto e é o responsável principal pela transferência de glicose. GLUT9 pode ser uma alternativa ao GLUT1 para transferência de glicose através da membrana basal. TRANSPORTE DE GLICOSE AAs são requeridos pelo feto para sintetizar proteínas. Existem muitos tipos de transportadores e a expressão deles varia dentro dos diferentes tecidos. Um dos principais transportadores de AAs encontrados na placenta é o transportador acoplado ao sódio. TRANSPORTE DE AMINOÁCIDOS MECANISMOS DE TRANSPORTE AMINOÁCIDOS A: aminoácidos (aa) no sangue materno são captados por transportadores localizados na membrana apical do sinciciotrofoblasto placentário B: Dentro do sinciciotrofoblasto, aminoácidos são metabolizados para produzir novos aminoácidos C: aminoácidos são transportados através da membrana basal por proteínas transportadoras D:Aminoácidos difundem para o sangue sangue fetal através de fenestrações do endotélio capilar . Lipídios incluem os ácidos graxos livres (AGL), triacilglicerol, fosfolipídios, glicolipídios, esfingolipídios, colesterol, éster de colesterol, vitaminas lipossolúveis e outros compostos. A porção materna da placenta expressa lipases que liberam os AGL das lipoproteínas. O colesterol é captado por endocitose e estocado como ésteres de colesterol a uma taxa regulada pela quantidade de progesterona sintetizada Assim, existe uma compensação da síntese de esteroides com uma suplementação adequada de colesterol livre. TRANSPORTE E METABOLISMO DE LIPÍDIOS TRANSPORTE E METABOLISMO DE LIPÍDIOS Lipoproteínas ricas em triglicérides como a VLDLe LDL se ligam a receptores localizados nas microvilosidades da membrana do sinciciotrofoblasto e são captados por endocitose mediada pelo receptor A transferência de água através da placenta é dependente da pressão hidrostática e pressão osmótica. A passagem de água pode ser facilitada pelas aquaporinas expressas no trofoblastos. TRANSPORTE DE ÁGUA Os níveis de sódio e cloreto são semelhantes entre o sangue fetal e o materno. Potássio, cálcio e fosfato são transportados ativamente através da placenta. Ferro e cobre são micronutrientes essenciais e são requeridos em uma grande variedade de processos enzimáticos e outros processos fisiológicos que ocorrem durante o desenvolvimento fetal. TRANSPORTE DE ÍONS INORGÂNICOS O primeiro passo na transferência de ferro através da placenta envolve a ligação da transferrina ao seu receptor, localizado sobre a membrana apical, (TfR) Após a ligação, o complexo é internalizado e os endossomas são acidificados, provavelmente através da ação de um H-ATPase. O ferro é liberado da transferrina para a vesícula, enquanto que a proteína permanece ligada ao receptor O ferro é liberado a partir da vesícula para o citosol. Uma vez que o ferro atinge a membrana basolateral, é liberado na circulação fetal através canais específicos. TRANSFERÊNCIA DE FERRO ATRAVÉS DA PLACENTA O cobre é absorvido pelo sinciciotrofoblasto através de um transportador de grande afinidade, ctr1 Transferidos para proteínas chaperonas e transportado para ATPases, onde é bombeado através da membrana celular . TRANSFERÊNCIA DE COBRE ATRAVÉS DA PLACENTA