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Embriologia PRIMEIRO CICLO Paula Toneli 2019 1 Introdução 2 Terminologia embriológica 2 O início do desenvolvimento humano: primeira semana 7 Gametogênese 7 Meiose 7 Espermatogênese 9 Ovogênese 11 Ciclos reprodutivos femininos 13 Ciclo ovariano 13 Ciclo Menstrual 17 Transporte dos gametas 19 Maturação dos espermatozoides 21 Fecundação 22 Clivagem do zigoto 25 Formação do blastocisto 26 2 Introdução O desenvolvimento humano é um processo que se inicia quando um ovócito (óvulo) de uma fêmea é fecundado por um espermatozóide de um macho. A divisão celular, a migração celular, a morte celular programada, a diferenciação, o crescimento e o rearranjo celular transformam o ovócito fecundado, o zigoto, uma célula altamente especializada e totipotente, em um organismo humano multicelular. Embora a maior parte das mudanças no desenvolvimento se realize durante os períodos embrionários e fetais, ocorrem mudanças importantes nos períodos posteriores do desenvolvimento: infância, adolescência e início da idade adulta. Literalmente, embriologia significa o estudo de embriões; entretanto, o termo refere-se, geralmente, ao desenvolvimento pré-natal de embriões e fetos. Terminologia embriológica Ovócito: célula germinativa ou sexual feminina produzida nos ovários. Quando maduro, o ovócito é denominado ovócito secundário ou ovócito maduro. Espermatozoide: refere-se à célula germinativa masculina produzida nos testículos. Numerosos espermatozoides são expelidos da uretra masculina durante a ejaculação. Zigoto: esta célula resulta da união do ovócito ao espermatozóide durante a fecundação. Um zigoto ou embrião é o início de um novo ser humano. Idade gestacional: a idade gestacional tem cerca de 2 semanas a mais que a idade de fecundação (a partir do primeiro dia do último período menstrual normal), porque o ovócito só é fecundado 2 semanas depois da menstruação precedente. Clivagem: é a série de divisões celulares mitóticas do zigoto que resultam na formação das primeiras células embrionárias - os blastômeros. O tamanho do zigoto em clivagem permanece inalterado porque, a cada divisão que se sucede, os blastômeros se tornam menores. Mórula: esta massa sólida com cerca de 12 a 32 blastômeros é formada pela clivagem do zigoto. Os blastômeros mudam sua forma e se juntam uns aos outros para formar uma bola compacta de células. Este fenômeno - compactação - provavelmente é mediado por glicoproteínas. O estágio de mórula ocorre 3 a 4 dias após a fecundação, coincidindo com a entrada do embrião no útero. Blastocisto: após 2 ou 3 dias, a mórula entra no útero, a partir da tuba uterina. 3 Rapidamente, uma cavidade preenchida por um líquido - a cavidade blastocística - se desenvolve no seu interior. Esta mudança converte a mórula em blastocisto. Suas células localizadas centralmente - a massa celular interna ou embrioblasto - formam o primórdio do embrião. Implantação: processo durante o qual o blastocisto adere ao endométrio e posteriormente se implanta nele. Gástrula: durante a gastrulação (transformação do blastocisto em gástrula), forma-se um disco embrionário trilaminar (terceira semana). As três camadas germinativas da gástrula (ectoderma, mesoderma e endoderma) mais tarde se diferenciam nos tecido e órgãos do embrião. Nêurula: o embrião durante a terceira e quarta semana, quando o tubo neural se desenvolve a partir da placa neural. É o primeiro indício do sistema nervoso e o próximo estágio após a gástrula. Embrião: o ser humano em desenvolvimento durante os estágios iniciais. O período embrionário estende-se até o final da oitava semana (56 dias), quando os primórdios de todas as principais estruturas já estão presentes. O tamanho dos embriões é medido do vértice do crânio até as nádegas. Estágios do desenvolvimento pré- natal: o desenvolvimento embrionário inicial é descrito em estágios em razão do intervalo de tempo variável que o embrião leva para desenvolver certas características morfológicas. O estágio 1 do desenvolvimento inicia-se na fecundação e o desenvolvimento embrionário termina no estágio 23, que ocorre no 56º dia. O período fetal começa no 57º dia e termina quando o feto está fora do corpo da mãe. Concepto: o embrião e seus anexos ou membranas associadas. O concepto inclui todas as estruturas embrionárias e extra-embrionárias que se desenvolvem a partir do zigoto. Portanto, inclui o embrião e também a parte embrionária da placenta e suas membranas associadas - âmnio, saco coriônico (gestacional) e saco vitelino. Primórdio: este termo refere-se ao início ou à primeira indicação notável de um órgão ou estrutura. Feto: após o período embrionário (8 semanas) e até o nascimento, o ser humano em desenvolvimento é chamado feto. Durante o período fetal (da 9º semana até o nascimento), ocorrem a diferenciação e o crescimento dos tecidos e órgãos. 4 5 6 7 O início do desenvolvimento humano: primeira semana Gametogênese O número de cromossomos é reduzido durante a meiose, um tipo especial de divisão celular que ocorre durante a gametogênese. Este processo de maturação é chamado de espermatogênese no sexo masculino e ovogênese no sexo feminino. A história da formação dos gameta masculino e feminino é diferente, mas a sequência é a mesma. A diferença entre os dois sexos reside no ritmo de eventos durante a meiose. A gametogênese é o processo de formação e desenvolvimento das células germinativas especializadas - os gametas. Esse processo, que envolve os cromossomos e o citoplasma dos gametas, prepara essas células sexuais para a fecundação. Durante a gametogênese, o número de cromossomos é reduzido pela metade e a forma das células é alterada. Meiose A meiose é um tipo especial de divisão celular que envolve duas divisões meióticas e que ocorre apenas nas células germinativas. As células germinativas diplóides originam gametas haploides (espermatozoides e ovócitos). A meiose permite a constância do número cromossômico de geração a geração pela redução do número cromossômico de diploide a haploide, produzindo, assim, gametas haploides; permite o arranjo aleatório dos cromossomos maternos e paternos entre os gametas; relocaliza os segmentos dos cromossomos maternos e paternos através de crossing-over, que “embaralha” os genes, produzindo recombinação do material genético. 8 9 Espermatogênese A espermatogênese é sequência de eventos pelos quais as espermatogônias são transformadas em espermatozoides maduros. Esse processo de maturação inicia-se na puberdade. As espermatogônias, que permanecem quiescentes nos túbulos seminíferos dos testículos desde o período fetal, começam a aumentar em número na puberdade. Depois de várias divisões mitóticas, as espermatogônias crescem e sofrem modificações. Todo o processo de espermatogênese, que inclui a espermiogênese, demora cerca de 2 meses. Quando a espermiogênese é completada, os espermatozóides entram na luz dos túbulos seminíferos. As células de Sertoli que revestem os túbulos seminíferos dão suporte e nutrição para as células germinativas e podem estar envolvidas no processo de regulação da espermatogênese. Os espermatozoides são transportados passivamente dos túbulos seminíferos para o epidídimo, onde são armazenados e se tornam funcionalmente maduros. O 10 espermatozoide maduro é uma célula ativamente móvel, que nada livremente. formada por uma cabeça e uma cauda. Cabeça: contém o núcleo haplóide. Acrossoma: organela sacular, em forma de capuz, contendo várias enzimas. Quando liberadas, essas enzimas facilitam a penetração do espermatozóide na corona radiata e na zona pelúcida durante a fecundação. Peça intermediária da cauda: contém mitocôndrias, que fornecem adenosina trifosfato (ATP) necessária à atividade. Espermiogênese é a fase final da espermatogênese. Durante esse processo, a espermátide arredondada é transformada em um espermatozóide alongado. As mitocôndrias se organizam na forma de uma hélice, formando uma bainha mitocondrial semelhante a um colar. O citoplasma residual é desprendido durante a espermiogênese.11 Ovogênese A ovogênese é a sequência de eventos pelos quais as ovogônias são transformadas em ovócitos maduros. Esse processo de maturação inicia-se antes do nascimento e é completado depois da puberdade, continuando-se até a menopausa, a cessação permanente da menstruação. Maturação Pré-natal dos ovócitos : Durante a vida fetal inicial as ovogônias proliferam por divisão mitótica. As ovogônias crescem para formar os ovócitos primários antes do nascimento. Tão logo o ovócito primário se forma, as células do tecido conjuntivo o circundam e formam uma única camada de células epiteliais foliculares, achatadas. O ovócito primário circundado por essa camada de células constitui um folículo primordial. A medida que o ovócito primário cresce durante a puberdade, as células foliculares epiteliais se tornam cubóides, e depois colunares, formando um folículo primário. O ovócito primário é logo envolvido por uma camada de material glicoprotéico acelular e amorfo - a zona pelúcida. 12 Os ovócitos primários iniciam a primeira divisão meiótica antes do nascimento, mas a prófase não se completa até a adolescência. Acredita-se que as células foliculares que circundam o ovócito primário secretem uma substância conhecida como inibidor da maturação do ovócito, que age mantendo estacionado o processo meiótico do ovócito. Maturação Pós-natal do Ovócitos: Iniciando-se durante a puberdade, geralmente um folículo amadurece a cada mês, e ocorre a ovulação, exceto quando são usados contraceptivos orais. Os ovócitos primários em prófase suspensa (dictióteno) são vulneráveis aos agentes ambientais como a radiação. Após o nascimento, não se forma mais nenhum ovócito primário, eles permanecem em repouso nos folículos ovarianos até a puberdade. Com a maturação do folículo, o ovócito primário aumenta de tamanho e, imediatamente antes da ovulação, completa a primeira divisão meiótica para dar origem a um ovócito secundário e ao primeiro corpo polar. O ovócito secundário recebe quase todo o citoplasma e o primeiro corpo polar recebe muito pouco. O corpo polar é uma célula pequena, não funcional, que logo degenera. Na ovulação, o núcleo do ovócito secundário inicia a segunda divisão meiótica, mas progride apenas até a metáfase, quando, então, a divisão é interrompida. Se um espermatozóide penetra o ovócito, a segunda divisão meiótica é completada e a maior parte do citoplasma é novamente mantida em uma célula, o ovócito fecundado. A outra célula, o segundo corpo polar, uma célula também pequena e não funcional, logo degenera. Assim que o segundo corpo polar é extrudido, a maturação do ovócito se termina. 13 Ciclos reprodutivos femininos Iniciando-se na puberdade e continuando-se normalmente através dos anos reprodutivos, as mulheres passam por ciclos reprodutivos mensais (ciclos sexuais), que envolvem atividade do hipotálamo do cérebro, da glândula hipófise, dos ovários, do útero, das tubas uterinas, da vagina e das glândulas mamárias. Esses ciclos mensais preparam o sistema reprodutivo para a gravidez. O hormônio liberador de gonadotrofina (GnRH) é sintetizado por células neurossecretoras no hipotálamo e é carreado pelo sistema porta-hipofisário até o lobo anterior da hipófise. O hormônio liberador de gonadotrofina estimula a liberação de dois hormônios produzidos por essa glândula, que agem nos ovários: - Hormônio folículo-estimulante (FSH) que estimula o desenvolvimento dos folículos ovarianos e a produção de estrogênio por suas células foliculares. - Hormônio luteinizante (LH) que atua como “disparador” da ovulação (liberação do ovócito secundário) e estimula as células foliculares e o corpo lúteo a produzir progesterona. Esses hormônios induzem também o crescimento do endométrio. Ciclo ovariano O FSH e o LH produzem mudanças cíclicas nos ovários - o ciclo ovariano - desenvolvimento dos folículos, ovulação e formação do corpo lúteo. Durante cada ciclo, o FSH promove o crescimento de vários folículos primordiais entre cinco e 12 folículos primários; entretanto, apenas um único folículo primário se desenvolve até se tornar folículo maduro e se rompe na superfície do ovário, liberando seu ovócito. Desenvolvimento Folicular 14 O desenvolvimento de um folículo ovariano é caracterizado por: - Crescimento e diferenciação do ovócito primário - Proliferação das células foliculares - Formação da zona pelúcida - Desenvolvimento das tecas foliculares O ovócito primário é empurrado para um lado do folículo, onde fica envolvido por um acúmulo de células foliculares, o cumulus ooforus, que se projeta para dentro do antro. O folículo continua a crescer até que alcança a maturidade e produz intumescimento na superfície do ovário. 15 16 Ovulação Por volta da metade do ciclo, o folículo ovariano - sob influência do FSH e do LH - sofre um repentino surto de crescimento, produzindo um intumescimento cístico ou saliência na superfície do ovário. Um pequeno ponto avascular, o estigma, logo aparece nessa saliência. Precedendo a ovulação, o ovócito secundário e algumas células do cumulus ooforus destacam-se do interior fo folículo distendido. A ovulação é disparada por uma onda de produção de LH. A ovulação normalmente se segue ao pico de LH por 12 a 24 horas. A onda de LH, induzida pelo alto nível de estrogênio sanguíneo, parece causar a tumefação do estigma, formando uma vesícula. O estigma logo se rompe, expelindo o ovócito secundário com o fluido folicular. A expulsão do ovócito é o resultado da pressão intra folicular e, provavelmente, da contração do músculo liso na teca externa devida à estimulação por prostaglandinas. A digestão enzimática da parede folicular parece ser um dos principais mecanismos que levam à ovulação. O ovócito secundário expelido é envolvido pela zona pelúcida e por uma ou mais camadas de células foliculares, as quais se arranjam radialmente, conhecidas como corona radiata, formando o complexo cumulus-ovócito. A onda de LH também parece induzir o término da primeira divisão meiótica do ovócito primário. Portanto, folículos ovarianos maduros contém ovócitos secundários. A zona pelúcida é composta de três glicoproteínas que formam uma rede de filamentos com múltiplos poros. A ligação do espermatozóide à zona pelúcida é um evento crítico e complexo durante a fecundação. 17 Corpo Lúteo Logo após a ovulação, as paredes do folículo ovariano e da teca folicular sofrem colapso e se tornam enrugadas. Sob a influência do LH, elas se desenvolvem e, i,a estrutura glandular - o corpo lúteo - que secreta progesterona e alguma quantidade de estrogênio, fazendo as glândulas endometriais secretarem e preparem o endométrio para a implantação do blastocisto. Se o ovócito é fecundado, o corpo lúteo aumenta de tamanho e forma o corpo lúteo gravídico, aumentando sua produção hormonal. Quando ocorre a gravidez,a degeneração do corpo lúteo é impedida pela gonadotrofina coriônica humana (hCG), um hormônio secretado pelo sinciciotrofoblasto do blastocisto. O corpo lúteo gravídico permanece funcionalmente ativo durante as primeiras 20 semanas da gravidez. Nessa época, a placenta assume a produção de estrogênio e progesterona necessários para a manutenção da gestação. Se o ovócito não é fecundado, o corpo lúteo involui e degenera 10 a 12 dias após a ovulação, quando é chamado de corpo lúteo da menstruação. Posteriormente, o corpo lúteo é transformado em uma cicatriz branca no ovário - o corpo albicans. Ciclo Menstrual O ciclo menstrual (endometrial) é o período durante o qual o ovócito amadurece, é ovulado e entra na tuba uterina. Os hormônios produzidos pelos folículos ovarianos e pelo corpo lúteo (estrogênio e progesterona) causam mudanças cíclicas no endométrio. Essas mudanças mensais na camada interna do útero constituem o ciclo endometrial, comumente denominado período menstrual ou ciclo menstrual porque a menstruação é um evento óbvio. 18 Fases do ciclo menstrual: - Fase menstrual: a camada funcional da parede do útero desintegra-se e é expelida com o fluxo menstrual. Após a menstruação, o endométrioerodido torna-se delgado. - Fase proliferativa: dura em torno de 9 dia, coincide com o crescimento dos folículos ovarianos e é controlada pelo estrogênio secretado por esses folículos. 19 Ocorre uma aumento de duas ou três vezes na espessura do endométrio e no seu conteúdo de água durante essa fase de reparo e proliferação. No início dessa fase, o epitélio superficial reconstrói-se e recobre o endométrio. As glândulas aumentam em número e em comprimento, e as artérias espiraladas se alongam. - Fase lútea: duração aproximadamente 13 dias, coincide com a formação, o crescimento e o funcionamento do corpo lúteo. A progesterona produzida pelo corpo lúteo estimula o epitélio glandular a secretar um material rico em glicogênio. As glândulas tornam-se amplas, tortuosas e saculares e o endométrio espessa-se por causa da influência da progesterona e do estrogênio do corpo lúteo e também pelo aumento de fluido no tecido conjuntivo. As artérias espiraladas crescem dentro da camada compacta superficial e se tornam intensamente enroscadas. A rede venosa torna-se complexa, e grandes lacunas se desenvolvem. As anastomoses arteriovenosas constituem características importantes neste estágio. - Fase isquêmica: ocorre quando o ovócito não é fecundado. A isquemia (redução do suprimento sanguíneo) ocorre quando as artérias espiraladas se contraem, dando ao endométrio um aspecto pálido. Essa constrição resulta do decréscimo de secreção hormônios pelo corpo lúteo em degeneração, principalmente da progesterona. Além das alterações vasculares, a queda hormonal resulta na parada de secreção glandular, em perda de fluido intersticial e em acentuada retração do endométrio. Ao fim da fase isquêmica, as artérias espiraladas contraem-se por períodos maiores. Isso acarreta estase venosa e necrose isquêmica (morte) nos tecidos superficiais. Finalmente, segue-se a ruptura da parede dos vasos lesados e o sangue penetra o tecido conjuntivo adjacente. Forma-se, então, pequenos lagos de sangue que se rompem na superfície endometrial, resultando em sangramento para a luz uterina e através da vagina. Transporte dos gametas Transporte do ovócito Na ovulação, o ovócito secundário é expelido do folículo ovariano com o fluido folicular que escapa. Durante a ovulação, as extremidades fimbriadas da tuba uterina aproximam-se intimamente do ovário. As expansões digitiformes da tuba - as fímbrias - movem-se para frente e para trás sobre o ovário. A ação de varredura das fímbrias e a 20 corrente de fluido produzida pelos cílios das células da mucosa das fímbrias “varrem” o ovócito secundário para o infundíbulo afunilado da tuba. O ovócito passa para a ampola da tuba principalmente como resultado da peristalse - os movimentos alternados de contração e relaxamento da parede da tuba - em direção ao útero. Transporte dos espermatozoides Do seu local de armazenamento no epidídimo, principalmente na cauda, os espermatozoides são rapidamente transportados para a uretra por contrações peristálticas da espessa cobertura muscular do ducto deferente. As glândulas sexuais acessórias - as glândulas (ou vesículas) seminais, próstata e glândulas bulbouretrais - produzem secreções que são adicionadas ao fluido contendo espermatozoides no ducto deferente e uretra. De 200 a 600 milhões de espermatozoides são depositados em torno do orifício externo do útero e no fórnice da vagina durante o intercurso sexual. Os espermatozoides passam lentamente pelo canal cervical através de movimentos de suas caudas. A enzima vesiculase, produzida pelas glândulas seminais, coagula uma pequena quantidade do sêmen ou ejacula e forma um tampão vaginal que impede o retorno de sêmen para o interior da vagina. Quando a ovulação ocorre, o muco cervical aumenta em quantidade, fica menos viscoso, tornando mais fácil o transporte dos espermatozoides A ejaculação reflexa dos espermatozoides pode ser dividida em duas fases: - Emissão: o sêmen é enviado para a porção prostática da uretra através dos ductos ejaculatórios após a peristalse dos ductos deferentes; a emissão é uma resposta autônoma simpática. 21 - Ejaculação: o sêmen é expelido da uretra pelo orifício uretral externo; isso é resultado do fechamento do esfíncter vesical no colo da bexiga, da contração do músculo uretral e da contração dos músculos bulboesponjosos. A passagem dos espermatozoides pelo útero e tubas uterinas resulta, principalmente, das contrações da parede muscular desses órgãos. As prostaglandinas presentes no sêmen estimulam a motilidade uterina no momento do intercurso e ajudam no movimento dos espermatozoides para o sítio de fecundação na ampola da tuba. A frutose presente no sêmen, secretada pelas glândulas seminais, é a fonte de energia para os espermatozoides. Maturação dos espermatozoides Os espermatozoides recentemente ejaculados são incapazes de fecundar o ovócitos. Os espermatozoides precisam passar por um período de condicionamento - a capacitação - com duração de cerca de 7 horas. Durante esse período, uma cobertura glicoproteica e proteínas seminais são removidas da superfície do acrossoma do espermatozoide. Os componentes de membrana dos espermatozoides capacitados não exibem mudanças morfológicas, porém são mais ativos. O processo de capacitação dos espermatozoides ocorre normalmente no útero ou nas tubas uterinas através de substâncias secretadas por essas porções do trato genital feminino. O acrossoma intacto do espermatozoide liga-se a uma glicoproteína (ZP3) na zona pelúcida. Estudos mostraram que a membrana plasmática dos espermatozoides, os íons cálcio, as prostaglandinas e a progesterona exercem um papel importante na reação acrossômica. A reação acrossômica dos espermatozoides precisa ser completada antes da fusão do espermatozoide com o ovócito. Quando os espermatozoides capacitados entram em contato com a corona radiata que envolve o ovócito secundário, sofrem mudanças moleculares complexas que resultam no desenvolvimento de perfurações no acrossoma. Ocorrem, então, vários pontos de fusão da membrana plasmática do espermatozoide com a membrana acrossômica externa. O rompimento das membranas nesses pontos produz aberturas. As mudanças induzidas pela reação acrossômica estão associadas à liberação de enzimas do acrossoma que facilitam a fecundação, incluindo a hialuronidase e a acrosina. 22 Fecundação Normalmente, o local de fecundação é a ampola da tuba uterina, sua porção maior e mais dilatada. Se o ovócito não for fecundado aqui, ele passa lentamente em direção ao útero, onde se degenera e é reabsorvido. Embora a fecundação possa ocorrer em outras partes da tuba, ela não ocorre no útero. Sinais químicos (atrativos), secretados pelo ovócito e pelas células foliculares circundantes, guiam os espermatozoides capacitados (quimiotaxia dos espermatozoides) para o ovócito. A fecundação é uma complexa sequência de eventos moleculares coordenados que se inicia com o contato entre um espermatozoide e um ovócito e termina com a mistura dos cromossomos maternos e paternos na metáfase da primeira divisão mitótica do zigoto, um embrião unicelular. 23 24 Fases da fecundação - Passagem do espermatozoide através da corona radiata: a dispersão das células foliculares da corona radiata que circunda o ovócito e da zona pelúcida parece ser resultado principalmente da ação da enzima hialuronidase, liberada do acrossoma do espermatozoide, mas a evidência para isto não é inequívoca. As enzimas da mucosa tubária também parecem auxiliar nessa dispersão. Os movimentos da cauda do espermatozoide também são importantes para sua penetração na corona radiata. - Penetração da zona pelúcida: a passagem do espermatozoide através da zona pelúcida é uma fase importante para o início da fecundação. A formação de um caminho resulta também da ação de enzimas liberadas pelo acrossoma. As enzimas - esterases, acrosina e neuraminidase - parecem causar a lise da zona pelúcida, formando assim um caminho para que o espermatozoide chegue ao ovócito. A mais importante dessas enzimas é a acrosina,uma enzima proteolítica. Logo que o espermatozoide penetra a zona pelúcida, ocorre uma reação zonal - uma mudança nas propriedades da zona pelúcida que a torna impermeável a outros espermatozoides. A composição dessa cobertura de glicoproteína extracelular muda após a fecundação. Acredita-se que a reação zonal seja o resultado da ação de enzimas lisossômicas liberadas pelos grânulos corticais situados logo abaixo da membrana plasmática do ovócito. O conteúdo desses grânulos, que são liberados dentro do espaço perivitelino, também causa mudanças na membrana plasmática, tornando-a impermeável aos espermatozoides. - Fusão das membranas plasmáticas do ovócito e do espermatozoide - Término da segunda divisão meiótica e formação do pronúcleo feminino - Formação do pronúcleo masculino - Logo que os pronúcleos se fundem em uma agregação de cromossomos única e diploide, a oótide torna-se um zigoto Um fator inicial de gravidez, uma proteína imunossupressora, é secretado pelas células trofoblásticas e surge no soro materno dentro de 24 a 48 horas após a fecundação. O fator inicial de gravidez forma a base do teste de gravidez durante os primeiros 10 dias de desenvolvimento. A fecundação: 25 - estimula o ovócito penetrado a completar a segunda divisão meiótica - restaura o número diploide normal de cromossomos (46) do zigoto - resulta na variação da espécie humana através da mistura de cromossomos maternos e paternos - determina o sexo cromossômico do embrião - causa a ativação metabólica do ovócito e inicia a clivagem (divisão celular) do zigoto Clivagem do zigoto A clivagem consiste em divisões mitóticas repetidas do zigoto, resultando em rápido aumento do número de células. Essas células embrionárias - os blastômeros - tornam-se menores a cada divisão por clivagem. A clivagem ocorre normalmente quando o zigoto passa pela tuba uterina em direção ao útero. Durante a clivagem, o zigoto situa-se dentro da espessa zona pelúcida. A divisão do zigoto em blastômeros inicia-se cerca de 30 horas após a fecundação. As divisões subsequentes seguem-se uma após outra, formando progressivamente blastômeros menores. Após o estágio de nove células, os blastômeros mudam sua forma e se agrupam firmemente uns com os outros para formar uma bola compacta de células. Esse fenômeno - a compactação - provavelmente é mediado por glicoproteínas de adesão de superfície celular. A compactação permite uma maior interação célula por célula e é um pré-requisito para a segregação de células internas que formam a massa celular interna ou embrioblasto do blastocisto. Quando já existem 12 a 32 blastômeros, o ser humano em desenvolvimento é chamado de mórula. As células internas da mórula. As células internas da mórula estão circundadas por uma camada de células que formam a camada celular externa. A mórula se forma cerca de 3 dias após a fecundação e alcança o útero. 26 Formação do blastocisto Logo após a mórula ter alcançado o útero (cerca de 4 dias após a fecundação), surge no interior da mórula um espaço preenchido por fluido, conhecido como cavidade blastocística. O fluido da cavidade uterina passa através da zona pelúcida para formar esse espaço. Como o fluido aumenta na cavidade blastocística, ele separa os blastômero em duas partes: - uma delgada camada celular externa - o trofoblasto - que formará a parte embrionária da placenta 27 - um grupo de blastômeros localizados centralmente - a massa celular interna - que dará origem ao embrião; por ser o primórdio do embrião, a massa celular interna é chamada de embrioblasto. Durante esse estágio do desenvolvimento - a blastogênese - o concepto é chamado de blastocisto. Após o blastocisto permanecer livre e suspenso nas secreções uterinas por cerca de 2 dias, a zona pelúcida gradualmente se degenera e desaparece. A degeneração da zona pelúcida permite ao blastocisto incubado aumentar rapidamente de tamanho. Enquanto está flutuando no útero, esse embrião inicial obtém nutrição das secreções das glândulas uterinas. Cerca de 6 dias após a fecundação, o blastocisto adere ao epitélio endometrial, normalmente adjacente ao polo embrionário. Logo que ele adere ao epitélio endometrial, o trofoblasto começa a proliferar rapidamente e, gradualmente, se diferencia em duas camadas: - uma camada interna de citotrofoblasto - uma massa externa de sinciciotrofoblasto formada por uma massa protoplasmática multinucleada, na qual nenhum limite celular pode ser observado Fatores intrínsecos e da matriz extracelular modulam, em sequências cuidadosamente programadas, a diferenciação do trofoblasto. Em torno de 6 dias, os prolongamentos digitiformes do sinciciotrofoblasto se estendem para o epitélio endometrial e invadem o tecido conjuntivo. No fim da primeira semana, o blastocisto está superficialmente implantado na camada compacta do endométrio e obtém sua nutrição dos tecidos maternos erodidos. O sinciciotrofoblasto, altamente invasivo, se expande rapidamente em uma área conhecida como polo embrionário, adjacente ao embrioblasto. O sinciciotrofoblasto produz enzimas que erodem os tecidos maternos, possibilitando ao blastocisto implantar-se dentro do endométrio. Em torno de 7 dias, uma camada de células, o hipoblasto (endoderma primitivo), surge na superfície do embrioblasto voltada para a cavidade blastocística. 28 29 30 31 32 33 34 Anotações: 35 Formação do Disco Embrionário Bilaminar: Segunda Semana Término da implantação e continuação do desenvolvimento embrionário A implantação do blastocisto é completada no fim da segunda semana. Ela ocorre durante um período restrito entre 6 e 10 dias depois da ovulação. À medida que o blastocisto se implanta, o trofoblasto aumenta o contato com o endométrio e se diferencia em: - o citotrofoblasto, uma camada de células mononucleadas mitoticamente ativa e que forma novas células que migram para a massa crescente de sinciciotrofoblasto, onde se fundem e perdem suas membranas celulares. - o sinciciotrofoblasto, uma massa multinucleada que se expande rapidamente onde nenhum limite celular é visível. O sinciciotrofoblasto, erosivo, invade o tecido conjuntivo endometrial, e o blastocisto vagarosamente se aprofunda no endométrio. As células sinciciotrofoblásticas deslocam as células endometriais na parte central do sítio de implantação. As células endometriais sofrem apoptose (morte celular programada), o que facilita a invasão. O mecanismo molecular de implantação envolve a sincronização entre o blastocisto invasor e um endométrio receptor. Microvilosidades das células endometriais, moléculas celulares de adesão, citocinas, prostaglandinas, genes homeobox, fatores de crescimento e metaloproteinases de matriz representam seu papel para que o endométrio se torne receptivo. As células do tecido conjuntivo em torno do sítio de implantação acumulam glicogênio e lipídios, assumindo um aspecto poliédrico. Algumas dessas células - as células deciduais - degeneram na região de penetração do sinciciotrofoblasto. O sinciciotrofoblasto engloba essas células em degeneração que fornecem uma rica fonte para a nutrição embrionária. O sinciciotrofoblasto produz um hormônio - gonadotrofina coriônica humana (hCG), que entra no sangue materno presente nas lacunas do sinciciotrofoblasto. 36 Formação da cavidade amniótica, disco embrionário e saco vitelino Com a progressão da implantação do blastocisto, aparece um pequeno espaço no embrioblasto, que é o primórdio da cavidade amniótica. Logo as células amniogênicas (formadoras do âmnio) - os amnioblastos - se separam do epiblasto e revestem o âmnio, que envolve a cavidade amniótica. Concomitantemente, ocorrem mudanças 37 morfológicas no embrioblasto que resultam na formação de uma placa bilaminar quase circular de células achatadas, o disco embrionário, formado por duas camadas: - O epiblasto, uma camada mais espessa, constituída por células colunares altas, relacionadas com a cavidade amniótica. - O hipoblasto, composto de pequenas células cubóides adjacentes à cavidade exocelômica.O epiblasto forma o assoalho da cavidade amniótica e está perifericamente em continuidade com o âmnio. O hipoblasto forma o teto da cavidade exocelômica e está em continuidade com a delgada membrana exocelômica. Esta membrana, junto com o hipoblasto, forma o saco vitelino primitivo. O disco embrionário situa-se agora entre a cavidade amniótica e o saco vitelino primitivo. As células do endoderma do saco vitelino formam uma camada de tecido conjuntivo, o mesoderma extra embrionário, que circunda o âmnio e o saco vitelino. Mais tarde, esse mesoderma é formado por células que surgem da linha primitiva. O saco vitelino e a cavidade amniótica tornam possíveis os movimentos morfogenéticos das células do disco embrionário. Assim que se forma o âmnio, o disco embrionário e o saco vitelino primitivo, surgem cavidades isoladas - as lacunas - no sinciciotrofoblasto. Essas lacunas logo se tornam preenchidas por uma mistura de sangue materno, proveniente dos capilares endometriais rompidos, e restos celulares das glândulas uterinas erodidas. O fluido nos espaços lacunares - o embriotrofo - passa por difusão ao disco embrionário e fornece material nutritivo ao embrião. A comunicação dos capilares endometriais rompidos com as lacunas estabelece a circulação uteroplacentária primitiva. No 10º dia, o concepto humano (embrião e membranas extra embrionárias) está completamente implantado no endométrio. Por aproximadamente 2 dias, há uma falha no epitélio endometrial que é preenchida por um tampão, um coágulo sanguíneo fibrinoso. Por volta do 12º dia, o epitélio quase totalmente regenerado recobre o tampão. Com a implantação do concepto, as células do tecido conjuntivo endometrial sofrem uma transformação - a reação decidual. Com a acumulação de glicogênio e lipídios em seu citoplasma, as células ficam intumescidas e são conhecidas como células deciduais. A principal função da reação decidual é fornecer ao concepto um sítio imunologicamente privilegiado. 38 No embrião de 12 dias, as lacunas sinciciotrofoblásticas adjacentes fundem-se para formar as redes lacunares, que dão ao sinciciotrofoblasto um aspecto esponjoso. As redes lacunares, particularmente as situadas em torno do polo embrionário, são os primórdios dos espaços intervilosos da placenta. Os capilares endometriais em torno do embrião implantado tornam-sem congestos e dilatados, formando os sinusoides - vasos terminais de paredes delgadas e maiores que os capilares comuns. Os sinusoides são erodidos pelo sinciciotrofoblasto, e o sangue materno flui livremente para o interior das redes lacunares. O trofoblasto absorve o fluido nutritivo das redes lacunares, que é, então, transferido ao embrião. O crescimento do disco embrionário bilaminar é lento comparado com o crescimento do trofoblasto. O embrião implantado no 12º dias produz na superfície endometrial uma pequena elevação que se projeta para a luz uterina. Enquanto ocorrem mudanças no trofoblasto e no endométrio,o mesoderma extra embrionário cresce, e surgem no seu interior espaços celômicos extra embrionários isolados. Esses espaços fundem-se rapidamente e formam uma grande cavidade isolada, o celoma extra embrionário. Essa cavidade preenchida por fluido envolve o âmnio e o saco vitelino, exceto onde estão aderidos ao córion pelo pedículo do embrião. Com a formação do celoma extra embrionário, o saco vitelino primitivo diminui de tamanho e se forma um pequeno saco vitelino secundário. Esse saco menor é formado por células endodérmicas extra embrionárias que migram do hipoblasto para o interior do saco vitelino primitivo. Durante a formação do saco vitelino secundário, uma grande parte do saco vitelino primitivo destaca-se. O saco vitelino não contém vitelo; entretanto exerce importantes funções é o sítio de origem das células germinativas primordiais. Ele pode ter um papel na transferência seletiva de nutrientes para o embrião. 39 Desenvolvimento do saco coriônico O fim da segunda semana é caracterizado pelo surgimento das vilosidades coriônicas primárias. A proliferação das células citotrofoblásticas produz extensões celulares que crescem para dentro do sinciciotrofoblasto. Acredita-se que o crescimento dessas extensões seja induzido pelo mesoderma somático extra embrionário subjacente. As 40 projeções celulares formam as vilosidades coriônicas primárias, que são o primeito estágio no desenvolvimento das vilosidades coriônicas da placenta. O celoma extra embrionário divide o mesoderma extra embrionário em duas camadas: - o mesoderma somático extra embrionário, que reveste o trofoblasto e cobre o âmnio. - o mesoderma esplâncnico extra embrionário, que envolve o saco vitelino. O mesoderma somático extra embrionário e as duas camadas de trofoblasto formam o córion. O córion forma a parede do saco coriônico, dentro do qual o embrião com os sacos vitelino e amniótico estão suspensos pelo pedículo. O celoma extra embrionário é agora chamado de cavidade coriônica. O saco amniótico e o saco vitelino são análogos a duas bolsas de aniversário pressionadas uma contra a outra (no sítio do disco embrionário) e suspensos por um cordão (o pedículo do embrião) no interior de um balão maior (o saco coriônico). O embrião no 14º dia ainda tem forma de um disco embrionário bilaminar, mas as células hipoblásticas, em uma área localizada, são agora colunares e formam uma área circular espessada - a placa precordal - que indica o futuro local da boca e um importante organizador da região da cabeça. 41 42 43 44 45 Anotações: 46 Formação das Camadas Germinativas e Início da Diferenciação dos Tecidos e Órgãos: Terceira Semana O rápido desenvolvimento do embrião a partir do disco embrionário durante a terceira semana é caracterizado por: - aparecimento da linha primitiva - desenvolvimento da notocorda - diferenciação das três camadas germinativas A terceira semana do desenvolvimento embrionário ocorre durante a semana que se segue à ausência do primeiro período menstrual; isto é, 5 semanas depois do primeiro dia do último período menstrual normal. Gastrulação: Formação das camadas germinativas A gastrulação é o processo formativo pelo qual as três camadas germinativas que são precursoras de todos os tecidos embrionários, e a orientação axial são estabelecidas nos embriões. Durante a gastrulação, o disco embrionário bilaminar é convertido em um disco embrionário trilaminar. A gastrulação é o início da morfogênese (desenvolvimento da forma do corpo) e é o evento significativo que ocorre durante a terceira semana. Proteínas morfogenéticas do osso (BMP - bone morphogenetic proteins) e outras moléculas sinalizadoras como FGFs e Wnts exercem um papel essencial nesse processo. A gastrulação se inicia com a formação da linha primitiva na superfície do epiblasto do disco embrionário. Durante esse período, o embrião é algumas vezes denominado gástrula. Cada uma das três camadas germinativas dá origem a tecidos e órgãos específicos: - o ectoderma embrionário dá origem à epiderme, ao sistema nervoso central e periférico, ao olho, à orelha interna e, como células da crista neural, a muitos tecidos conjuntivos da cabeça. - o endoderma embrionário é a fonte dos revestimentos epiteliais das vias respiratórias e do trato gastrointestinal, incluindo as glândulas que se abrem no 47 trato gastrointestinal e as células glandulares dos órgãos associados, tais como fígado e o pâncreas. - o mesoderma embrionário dá origem a todos os músculos esqueléticos, às células sanguíneas e ao revestimento dos vasos sanguíneos, a todo músculo liso visceral, a todos os revestimentos serosos de todas as cavidades do corpo, aos ductos e órgãos dos sistema reprodutivo e secretor e à maior parte do sistema cardiovascular. No tronco, é a origem de todos os tecidos conjuntivos, incluindo a cartilagem, os ossos, os tendões, os ligamentos, a derme e o estroma dos órgãos internos. Linha primitiva O primeiro sinal da gastrulação é o aparecimento da linha primitiva - resulta da proliferação e migração das células doepiblasto para o plano mediano do disco embrionário. Enquanto a linha primitiva se alonga pela adição de células na sua extremidade caudal, a extremidade cranial prolifera e forma o nó primitivo. Concomitantemente, na linha primitiva forma-se o estreito - sulco primitivo - que se continua com uma pequena depressão no nó primitivo - a fosseta primitiva. Assim que a linha primitiva surge, é possível identificar o eixo cefálico - caudal do embrião, as extremidades cefálica e caudal, as superfícies dorsal e ventral e os lados direito e esquerdo. Pouco depois do aparecimento da linha primitiva, células abandonam sua superfície profunda e formam o mesênquima, um tecido formado por células frouxamente arranjadas suspensas em uma matriz gelatinosa. O mesênquima forma os tecidos de sustentação do embrião, tais como a maior parte dos tecidos conjuntivos do corpo e a trama de tecido conjuntivo das glândulas. Parte do mesênquima forma o mesoblasto que forma o mesoderma embrionário ou intra embrionário. Células do epiblasto, assim como o do nó primitivo e de outras partes da linha primitiva, deslocam o hipoblasto, formando o endoderma embrionário, no teto do saco vitelino. As células que permanecem no epiblasto formam o ectoderma embrionário ou intra embrionário. Em resumo, através do processo de gastrulação, células do epiblasto dão origem a todas as três camadas germinativas do embrião, primórdios de todos os tecidos e órgãos. 48 Processo notocordal e notocorda Algumas células mesenquimais, que ingressaram através da linha primitiva e, como consequência, tiveram destinos de células do mesoderma, migram cefalicamente do nó e da fosseta primitivos, formando um cordão celular mediano, o processo notocordal. Esse processo logo adquire uma luz, o canal notocordal. O processo notocordal cresce até alcançar a placa pré-cordal, uma pequena área circular de células endodérmicas colunares, onde o ectoderma e o endoderma estão em contato. A placa pré-cordal é o primórdio da membrana bucofaríngea, localizada no futuro local da cavidade oral, podendo também ter um papel como um centro sinalizador para controlar o desenvolvimento de estruturas cranianas. Algumas células mesenquimais da linha primitiva, que também tem destinos mesodérmicos, migram cefalicamente de cada lado do processo notocordal e em torno da placa pré-cordal. Nesse local, elas se encontram cefalicamente, formando o mesoderma cardiogênico na área cardiogênica, onde o primórdio do coração começa a se desenvolver no fim da terceira da semana. Caudalmente à linha primitiva, há uma área circular - a membrana cloacal - que indica o local do futuro ânus. Sinais instrutivos da região de linha primitiva induzem as células precursoras notocordais a formarem a notocorda, uma estrutura celular semelhante a uma haste. O mecanismo molecular que induz essas células envolve (pelo menos) sinalização Shh da placa ventral do tubo neural. A notocorda: - define o eixo primitivo do embrião dando-lhe uma certa rigidez - fornece os sinais necessários para o desenvolvimento do esqueleto axial e do sistema nervoso central - contribui na formação dos discos intervertebrais A notocorda se estende da membrana bucofaríngea ao nó primitivo. A notocorda degenera e desaparece quando os corpos vertebrais se formam, mas persiste como o núcleo pulposo de cada disco invertebral. 49 A notocorda funciona como indutor primário (centro de sinalização) do embrião inicial. A notocorda em desenvolvimento induz o ectoderma sobrejacente a espessar-se e formar a placa neural, o primórdio do sistema nervoso central (SNC). O alantoide O alantóide surge por volta do 16º dia como um pequeno divertículo (evaginação) em forma de salsinha da parede caudal do saco vitelino que se estende para o pedículo do embrião. Nos embriões humanos, o alantoide permanece muito pequeno, mas o mesodermo alantoide se expande abaixo do córion e forma os vasos sanguíneos que servirão à placenta. A parte proximal do divertículo alantoide original persiste durante a maior parte do desenvolvimento como uma linha chamada úraco, que se estende da bexiga até a região umbilical. O úraco é representado nos adultos pelo ligamento umbilical mediano. Os vasos sanguíneos do alantoide tornam-se as artérias umbilicais. A parte intra embrionária das veias umbilicais tem origem diferente. 50 Neurulação: Formação do tubo neural Com o desenvolvimento da notocorda, o ectoderma embrionário acima dela se espessa, formando uma placa alongada, de células epiteliais espessadas, a placa neural. O ectoderma da placa neural da origem ao SNC - encéfalo e medula espinhal. O neuroectoderma também dá origem a várias outras estruturas, como a retina, por exeplo. Por volta do 18º dia, a placa neural se invagina ao longo do seu eixo central, formando um sulco neural mediano, com pregas neurais em ambos os lados. As pregas neurais tornam-se particularmente proeminentes na extremidade cefálica do embrião e constituem os primeiros sinais do desenvolvimento do encéfalo. No fim da terceira semana, as pregas neurais já começaram a se aproximar e a se fundir, convertendo a placa neural em tubo neural, o primórdio do SNC. A neurulação é completada durante a quarta semana. Com a fusão das pregas neurais para formar o tubo neural, algumas células neuroectodérmicas, dispostas ao longo da crista de cada prega neural, perdem sua afinidade com o epitélio e adesões às células vizinhas. Quando o tubo neural se separa do ectoderma da superfície, as células da crista neural formam uma massa achatada irregular, a crista neural, entre o tubo neural e o ectoderma superficial suprajacente. Logo a crista neural se separa em partes direita e esquerda, que migram para os aspectos dorsolaterais do tubo neural; nessa região elas originam os gânglios sensitivos dos nervos cranianos e espinhais. As células da crista neural depois se movem tanto para dentro quanto sobre a superfície dos somitos. Além de formarem as células ganglionares, as células da crista neural formam as bainhas de neurilema dos nervos periféricos e contribuem para a formação de leptomeninges; formação de células pigmentares, células da medula da supra renal (adrenal) e vários componentes musculares e esqueléticos da cabeça. 51 Desenvolvimento dos somitos Além da notocorda, as células derivadas do nó primitivo formam o mesoderma paraxial. Próximo ao fim da terceira semana, o mesoderma paraxial diferencia-se e começa a dividir-se em pares de corpos cubóides, os somitos, que se formam em uma sequência cefalocaudal. Esses blocos de mesoderma estão localizados em cada lado do tubo neural em desenvolvimento. Os somitos formam elevações que se destacam na superfície do embrião e são algo triangulares em secção transversal. Como os somitos são bem proeminentes durante a quarta e quinta semanas, eles são usados como um dos vários critérios para determinar a idade do embrião. Os somitos aparecem primeiro na futura região occipital do embrião. Logo avançam cefalocaudalmente, dando origem à maior parte do esqueleto axial e aos músculos 52 associados, assim como à derme da pele adjacente. Somitos cefálicos são os mais velhos, e os caudais, os mais jovens. Desenvolvimento do celoma embrionário O primórdio do celoma intra embrionário (cavidade do corpo do embrião) surge como espaços celômicos isolados no mesoderma lateral e no mesoderma cardiogênico (formador do coração). Esses espaços logo coalescem, formando uma única cavidade em forma de ferradura, o celoma intra embrionário, que divide o mesoderma lateral em duas camadas: - a camada parietal, ou somática, do mesoderma lateral, localizada sob o epitélio ectodérmico e contínua ao mesoderma extra embrionário, que cobre o âmnio - a camada visceral, ou esplâncnica, do mesoderma lateral, adjacente ao endoderma e contínua ao mesoderma extra embrionário que cobre o saco vitelino. O mesoderma somático e o ectoderma sobrejacente do embrião formam a parede do corpo do embrião ou somatopleura, enquanto o mesoderma esplâncnico e o endoderma subjacentedo embrião formam o intestino do embrião ou esplancnopleura. Desenvolvimento inicial do sistema cardiovascular No início da terceira semana,iniciam-se a vasculogênese (reunião de precursores celulares individuais chamados angioblastos) e a angiogênese (ramificação de vasos preexistentes), ou formação de vasos sanguíneos, no mesoderma extra embrionário do saco vitelino, do pedículo do embrião e do córion. Os vasos sanguíneos do embrião começam a se desenvolver cerca de 2 dias mais tarde. A formação inicial do sistema cardiovascular está correlacionada com a necessidade urgente dos vasos sanguíneos de trazer oxigênio e nutrientes para o embrião a partir da circulação materna, através da placenta. Durante a terceira semana desenvolve-se o primórdio de uma circulação uteroplacentária. As células sanguíneas desenvolvem-se a partir de células endoteliais dos vasos à medida que eles se desenvolvem nas paredes dos saco vitelino e do alantóide, no fim da terceira semana. A formação do sangue (hematogênese) só começa na quinta semana. Os eritrócitos fetais e adultos derivam de diferentes células progenitoras 53 hematopoiéticas (hemangioblastos). As células mesenquimais que circundam os vasos sanguíneos endoteliais primitivos diferenciam-se nos elementos musculares e conjuntivos dos vasos. O coração e os grandes vasos formam-se de células mesenquimais da área cardiogênica. Durante a terceira semana, forma-se um par de canais longitudinais revestimentos por endotélio - os tubos cardíacos endocárdicos - que se fundem, formando o tubo cardíaco primitivo. O coração tubular une-se a vasos sanguíneos do embrião, do pedículo, do córion e do saco vitelino, para formar o sistema cardiovascular primitivo. No fim da terceira semana, o sangue circula e o coração começa a bater no 21° ou 22° dia. Desenvolvimento das vilosidades coriônicas Pouco depois da formação das vilosidades coriônicas primárias, no fim da segunda semana, elas começam a ramificar-se. No fim da terceira semana, o mesênquima penetra as vilosidades primárias formando um eixo central de tecido mesenquimal. Nesse estágio, as vilosidades - vilosidades coriônicas secundárias - recobrem toda a 54 superfície do saco coriônico.Alguma células mesenquimais da vilosidade logo se diferenciam em capilares e células sanguíneas. Quando vasos sanguíneos se tornam visíveis nas vilosidades, elas são chamadas de vilosidades coriônicas terciárias. Os capilares das vilosidades coriônicas fundem-se, formando redes arteriocapilares, as quais logo se conectam ao coração do embrião através de vasos que diferenciam no mesênquima do córion e no pedículo do embrião. Células do citotrofoblasto das vilosidades coriônicas proliferam e se estendem através do sinciciotrofoblasto, formando uma capa citotrofoblástica, que, gradualmente, envolve o saco coriônico e o prende ao endométrio. As vilosidades que se prendem aos tecidos maternos através da capa citotrofoblástica constituem as vilosidades-tronco (vilosidades de ancoragem). As vilosidades que crescem dos lados das vilosidades-tronco constituem as vilosidades terminais. É através das paredes das vilosidades terminais que se dá a maior parte das trocas de material entre o sangue da mãe e do embrião. 55 Anotações:
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