Методы исследования в эмбриологии. Основы эмбрионального исследования.

Обновлено: 15.05.2024

Для решения задач медицинской эмбриологии применяются морфологические, физиологические, биохимические, иммунологические, рентгенологические, радиоизотопные, генетические, социологические, гигиенические и другие методы исследования. Отметим некоторые из них.

1. Визуальное наблюдение развития зародышей и плодов, в том числе с помощью микрокино- и видеосъемки, а также прижизненного сканирования в процессе беременности.
2. Изучение гистологических срезов органов абортированных зародышей и плодов с помощью световой и электронной микроскопии, иммуногистохимии, радиоавтографии. Эти методы позволяют исследовать микроструктуру, а также динамику клеточных и тканевых изменений.
3. Иммуногистохимические методы позволяют исследовать внутриклеточные биохимические процессы, что дает возможность получать информацию о механизмах дифференцировки клеток и тканей в процессе эмбриогенеза.

4. Метод маркировки клеток, предложенный еще в 1925 г. В. Фогтом. Он позволяет проследить перемещение маркированных клеток в развивающемся зародыше. В качестве маркера раньше использовали древесный уголь, позднее — нейтральные красители (например, нейтральный красный). В настоящее время применяют антитела (часто меченые флуоресцирующим красителем) к различным белкам.
5. Микрохирургические методы активно использовались в начале XX в. Во время эксперимента на животных производили пересадку частей от одного зародыша к другому, удаление той или иной части зародыша и т. п.

Разновидностью таких методов является эксплантация (от лат. ех — вне и plant — сажать) — выращивание части зародыша на искусственной среде. Она позволила получить данные об источниках развития тканей данной части зародыша.

6. Метод трансплантации ядер из клеток одного типа в другие. Данный метод заложил основы клонирования позвоночных.

Как тут не вспомнить про овечку Долли, которая является первым клонированным млекопитающим, полученным путем пересадки ядра соматической клетки в цитоплазму яйцеклетки.

Это интересно

Овечка родилась 5 июля 1996 г. под номером 6LL3. Идея дать первому млекопитающему-клону имя Долли принадлежит фермерам, которые приглядывали за суррогатной матерью овцы (ее настоящая мать умерла тремя годами ранее; использованный генетический материал был заморожен и заботливо сохранен до лучших времен). Им показалось забавным то, что 6LL3 появилась из клетки, взятой из вымени, поэтому они дали родившейся овце имя кантри-певицы Долли Партон, которая своей славой отчасти была обязана крупному бюсту. Овца прожила шесть лет и родила шестерых ягнят». По официальной версии, смерть Долли с последствиями клонирования никак не связана: два года овца страдала от артрита, а в конце жизни еще и подхватила тяжелый легочный вирус. 14 февраля 2003 г. ее усыпили [1] .

7. Метод экстракорпорального оплодотворения, сокращенно ЭКО (от лат. extra — снаружи, вне и corpus — тело, т. е. оплодотворение вне тела) — искусственное оплодотворение яйцеклетки, извлеченной из яичника женщины, в условиях in vitro (в пробирке) с последующим выращиванием получившегося эмбриона в специальной среде вне организма в течение 2—5 суток и подсадкой его в матку.

Методы исследования

Для изучения эмбрионального развития животных пользуются различными методами.

Простейший и наиболее древний из них — наблюдение и описание развития зародыша у тех или иных животных или человека. На основе этого метода возникла описательная эмбриология.

Значительно позже в эмбриологических исследованиях стал применяться сравнительный метод, создавший сравнительную эмбриологию. Ее возникновение было обусловлено накоплением фактов о развитии различных видов животных. Применение сравнительного метода открыло возможности для понимания общих закономерностей развития. С помощью сравнительного метода был открыт закон зародышевого сходства К. М. Бэром (1792—1876).

Описательная и сравнительная эмбриология стали фундаментом для развития эволюционной эмбриологии, создателями которой явились А. О. Ковалевский (1840—1901), И. И. Мечников (1845— 1916). Развитие эволюционной эмбриологии привело к открытию биогенетического закона Э. Геккелем (1834—1919), Ф. Мюллером (1821—1897), А. Н, Северцевым (1861—1936).

С развитием и усложнением экспериментальной техники воз

никло новое направление исследований — экспериментальная эмбриология. Основателями ее явились В. Ру (1850—1924), Г. Дриш (1867—1941) и Г. Шпеман (1869—1941). В основе экспериментальной эмбриологии лежит изучение последствий удаления или трансплантация различных частей зародыша, а также воздействия на зародыш или его части разных экзогенных факторов.

Современная эмбриология пользуется всеми видами световой, электронной и сканирующей микроскопии, методами прижизненного наблюдения эмбриогенеза при помощи меток, наносимых на зародыш с помощью изотопов или красителей, методами гистохимии, биохимии, радиологии, иммунологии, а также статистики

Теории эмбриологии

. Как и любая другая наука, эмбриология на каждом этапе развития была вооружена собственной теорией.

С именем Гиппократа (460—377 год до н. э.) и Аристотеля (384—322 год до н. э.) связывают не только определенные знания в области развития организмов, но и создание первых научных эмбриологических представлений.

Согласно теории Гиппократа, плод образуется через смешение мужского и женского семени. Он считал, что все члены организма 1возникают независимо друг от друга. Ни один из них не возникает раньше или позже другого.

Эта идея вновь возродилась и стала господствовать в течение XVII—XVIII вв. Она получила название теории преформизма. Согласно этой теории каждый зародыш с самого начала является уже вполне сформированным, имеющим все части организма, которому остается только расти. Наиболее крайние и наивные преформисты представляли себе, что каждый организм, в том числе и человеческий, заключает в себе громадное количество поколений зародышей, вложенных друг в друга в теле прародителей со времени сотворения мира.

Между представителями двух направлений преформистов велись горячие споры. Анималькулисты или сперматики считали, что зародыш преформирован в сперматозоиде. Овисты думали, что зародыши в миниатюрном виде находятся не в мужских половых клетках, а в яйце.

Сторонниками префоризма были многие выдающиеся ученые XVII и XVIII века: А. Левенгук (1632—1723), Я. Сваммердам (1637—1680), М. Мальпиги (1628—1694), А. Галлер (1708—1777), Ш. Бонне (1720—1793).

Аристотель впервые сформировал теорию, эпигенеза. Согласно Аристотелю, части зародыша не заложены в невидимо малых размерах в «семенах вещей» и не возникают все одновременно, а растут и развиваются в определенной последовательности. Это положение дополнялось виталистическим взглядом о том, что материал материнского зачатка приобретает форму будущего организма под влиянием нематериальных сил — «энтелехий», заложенных в семени отца.

Виталистический взгляд Аристотеля в XVII веке был возрожден У. Гарвеем (1578—1657), предложившим и термин «эпигенез». У. Гарвей выдвинул принцип «все из яйца». Причем у животных, у которых ему не удалось обнаружить яиц, он допускал их зарождение из «разлагающихся веществ».

Однако, в обеих этих интерпретациях теория эпигенеза успеха не имела, и во второй половине XVII и в первой половине XVIII века господствовала теория преформизма.

Теория преформизма вновь возродилась во второй половине XVIII века в связи с распространением учения о всемирном тяготении и влиянии его на мир химических и биологических процессов.

Обоснование эпигенезу дал К. Ф. Вольф (1733—1794). Он утверждал, что лишь в результате поступления извне питательных соков в зачатке образуются клетки и сосуды, из которых затем формируются органы будущего зародыша. К. Ф. Вольф ссылался на наличие «существенной силы», которая обуславливает наступление и продвижение питательных веществ, необходимых для образования частей зародыша.

Борьба теорий преформизма и эпигенеза стала особенно ожесточенной в конце XIX века в связи с развитием экспериментальной эмбриологии и, так называемой механики развития, претендовавших на каузальное объяснение онтогенеза.

Однако, в те времена речь шла уже не о наличии в зачатковых клетках готового миниатюрного зародыша, а о химических и морфологических структурах, предопределяющих развитие организма. Эти положения дополнялись виталистическим взглядом о том, что материал материнского зачатка приобретает форму будущего организма под влиянием нематериальных сил — «энтелехий», заложенных в семени отца.

Полемика между сторонниками эпигенеза и преформизма велась также вокруг проблемы соотношения внутренних и внешних факторов наследственности в эволюции. Представители эпигенеза пытались обосновать свои взгляды с ссылкой на явления наследования приобретенных признаков, на возможность влияния внешней среды на онто- и филогенез, т. е. опирались на различные ламарксистские теории. Однако, многочисленные попытки подтвердить эти представления экспериментально оказались безуспешными. Вместе с тем успехи молекулярной биологии и генетики во второй половине XX столетия доказали наличие в зачатковых клетках предетермированных химических и биологических структур (молекул ДНК), которые определяют воспроизведение основных видов и индивидуальных особенностей развивающегося организма.

1. Методы исследования в эмбриологии.

Эмбриология - это наука о закономерностях эмбрионального развития организма от момента оплодотворения до рождения. Нас в большей степени интересует медицинская эмбриология, которая изучает закономерности развития зародыша человека, причины уродств и пути влияния на эмбриональное развитие. Но сегодня мы рассмотрим эмбриональное развитие в сравнительном аспекте у ланцетника, лягушки, птиц и млекопитающих, т.к. у человека наблюдается явление рекапитуляции - т.е. повторение многих этапов эмбрионального развития этих видов.

Методы эмбриологических исследований:

1. Визуальное наблюдение развития зародышей, настоящее время дополнительно фиксируемое микрокино- или видеосьемками.

2. Метод изучения фиксированных зародышей на разных этапах с последующей микроскопией.

3. Метод маркировки клеток с последующим прослеживанием перемещений маркированных клеток в тканях и органах зародыша. В качестве маркера раньше использовали угольную пыль, позже - нейтральные красители, в настоящее время используют антитела к определенным белкам развивающегося зародыша, причем эти антитела обычно мечены флуоресцином.

4. Метод микрохирургии - удаление отдельных частей зародыша.

5. Метод трансплантации части от одного зародыша к другому.

2. Особенности половых клеток. Классификация яйцеклеток.

Началу индивидуального развития предшествует возникновение половых клеток, т.е. гаметогенез, который можно рассматривать прогенезом при индивидуальном развитии. Более подробно гаметогенез мы будем изучать в теме "Половая система". Поэтому ограничимся перечислением отличий половых клеток от соматических клеток:

1. Набор хромосому половых клеток гаплоидный, у соматических - диплоидный.

2. Для половых клеток характерно сложное, стадийное развитие; при этом имеет место особый способ деления - мейоз.

3. Половые клетки имеют специальные приспособления:

- сперматозоид имеет акрасому (для проникновения через оболочки я/к) и мощный двигательный аппарат - хвостик;

- яйцеклетка имеет желток (запас питательных веществ и строительных материалов) и оболочки (I, II, а у некоторых видов и III).

4. У половых клеток особое ядерно-цитоплазматическое отношение: у мужских пол. клеток очень высокое (преобладает ядро над цитоплазмой), в женских половых клетках очень низкое (преобладает цитоплазма над ядром).

5. Обмен веществ в зрелых половых клетках до оплодотворения находится на очень низком уровне (почти до анабиоза).

6. Биологическое назначение: если с соматической клетки может образоваться лишь такая же дочерняя клетка, то с половых клеток формируется целый новый организм.

Для объяснения течения начальных этапов эмбриогенеза большое значение имеет знание особенностей строения яйцеклетки (я/к), поэтому остановимся на классификации я/к. В основу классификации положены 2 признака: количество и распределение желтка в я/к. По количеству желтка различают следующие виды я/к:

1. Алецитальные (безжелтковые) - у видов, развитие которых протекает с метаморфозами и эмбриональный период очень короткий или у некоторых паразитарных червей.

2. Олиголецитальный (маложелтковый) - у видов развивающихся вне организма матери в относительно благоприятной водной среде, эмбриональный период относительно короткий (пример: ланцетник). А также у видов развивающихся внутриутробно и питающихся за счет матери (пр.: млекопитающие).

3. Мезолецитальные (среднее количество желтка) - развитие вне организма матери в водной среде (пр.: лягушка).

4. Полилецитальные (многожелтковые) - развитие идет вне организма матери, причем насуше (пр.: птицы, пресмыкающиеся).

ВЫВОД: количество желтка в я/к зависит от условий где развивается зародыш, а также в какой то степени от длительности эмбрионального развития.

Вышеприведенная классификация дополняется классификацией по распределению желтка по цитоплазме:

1. Изолецитальная (равномерное распределение) - характерно для олиголецитальных я/к. Различают I изолецитальную (ланцетник) и II изолецитальную я/к (млекопитающие).

2. Телолецитальные я/к - желток распределяется по цитоплазме неравномерно, полярно - на одном полюсе (вегетативный) желток, а на другом полюсе (анимальный) ядро и органоиды. Характерно для мезо- и полилецитальных я/к; Среди телолецитальных различают 2 подгруппы:

а) умеренно телолецитальные - полярность выражено умеренно, нерезко (пр.: мезолецитальная я/к лягушки);

б) резко телолецитальные - полярность ярко выражена (пр.: птицы).

3. Центролецитальные - желток в виде узкого пояска сосредоточен вокруг ядра.

Итак у ланцетника я/к олиголецитальная I изолецитальная, у лягушки - мезолецитальная умеренно телолецитальная, у птиц - полилецитальная резко телолецитальная, у млекопитающих - олиголецитальная II изолецитальная.

Оболочки я/к: I оболочка - собственная оболочка (оолемма), II оболочка - продукт деятельности самой я/к и соседних вспомогательных клеток (например фолликулярных клеток); III оболочка имеется у видов развивающихся вне организма матери на суше, и является продуктом деятельности слизистой яйцевыводящих путей.

Наука эмбриология

Зарождение новой жизни - очень важное и таинственное событие, всегда интересовавшее ученых. В медицине есть специальный раздел, изучающий процесс развития и формирования организма ребенка в утробе матери. Эта наука называется эмбриологией.

Что такое эмбриология

Эмбриология изучает особенности развития зародыша от момента зачатия до появления на свет ребенка. Процесс эмбриогенеза, являющийся основным предметом исследований науки, можно разделить на несколько стадий:

образование зиготы, происходящее в момент оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом;
образование бластулы вследствие активного дробления клеток;
гаструляция, подразумевающая под собой появление основных зародышевых листков и органов;
гистогенез и органогенез органов и тканей плода, плаценты;
системогенез, означающий формирование всех основных систем организма ребенка.

Кроме того, благодаря эмбриологии стали известны наиболее опасные периоды внутриутробного развития, способные негативно повлиять на плод под воздействием определенных факторов. Так, критическими считаются следующие моменты онтогенеза:

само оплодотворение;
внедрение эмбриона в стенку матки, происходящее на 7-е сутки;
формирование зачатков основных тканей, длящееся с 3 по 8 неделю;
образование головного мозга, происходящее с 15 по 20 неделю;
развитие всех органов и систем плода ( с 20 по 24 неделю);
рождение.

В эти периоды влияние различных внутренних и внешних процессов может привести к замедленному, неправильному развитию или даже смерти ребенка. Поэтому на данных сроках беременности стоит уделить особое внимание здоровью женщины и плода.

Клиническая эмбриология изучает проблемы и отклонения от нормы в онтогенезе, ищет способы их решения и помогает избежать каких-либо нарушений. Кроме того, эта наука ищет вероятные причины различных патологий развития (в том числе возникновения уродств), факторы, действующие на течение эмбриогенеза, а также способы влияния на него на всех возможных этапах. Также к предметам изучения можно отнести бесполое размножение, регенерацию и патологическое развитие тканей и органов. Существуют школы, исследующие проблемы онкологических новообразований, их закономерности и причины возникновения.

История эмбриологии

Еще в древние времена ученых интересовали загадки возникновения и развития ребенка в утробе матери. Гиппократ и Аристотель были основоположниками самых известных теорий эмбриогенеза, соперничавших друг с другом почти до 19 века: преформизма и эпигенеза.

Представители идеи преформизма считали, что новый организм присутствует в «яйце» уже в готовом состоянии, лишь очень уменьшенный в размере, и со временем он только увеличивается в размерах. Однако теоретики не знали точно, в материнском теле или отцовском содержатся эмбрионы и каким образом им передаются свойства второго родителя.

Одним из приверженцев преформизма был математик Г. Лейбниц, выдвинувший предположение, что если в яйцеклетке есть эмбрионы, то в его яичниках должны быть сами яйцеклетки со следующим поколением зародышей и так далее. Другим примером схожих взглядов можно назвать теорию Сваммердама, утверждающую, что в яйце бабочки находится гусеница, в самой гусенице - куколка, а в ней - бабочка.

Ученые, придерживающиеся эпигенеза, ярким представителем которого являлся У. Гарвей, считали, что в «яйце» содержится бесструктурное вещество, хранящее потенциал для образования будущих органов и тканей. В 18 веке К. Ф. Вольфом в ходе исследований куриных зародышей сделал открытие первичных пластов, которые затем формируют органы. В начале 19 века это наблюдение было подтверждено и стало общепринятым мнением среди ученых.

В это же время большое открытие было сделано К. Бэром. Изучая зародыши позвоночных, он пришел к выводу, что все они на самых ранних этапах развития схожи между собой. Причем с течением времени у них появляется все больше различий. То есть эмбриогенез происходит от общего к частному, вначале формируя признаки типа, затем класса и так далее. Таким образом, возникло понятие о филогенезе, или повторении процессов эволюции за время онтогенеза человека. Позднее на основании этой теории был сформирован биогенетический закон, описывающийся в трудах Ч. Дарвина.

Также получило известность учение о рекапитуляции - повторении высшими организмами этапов развития более низших. Кроме того, большой вклад в развитие эмбриологии внесли А. Ковалевский, И. Мечников, доказавшие, что эмбриогенез всех млекопитающих проходит через образование трех зародышевых листков. Кроме того, неоценимы заслуги П. Светлова, являющегося основоположником теории о критических моментах эмбриогенеза.

Экспериментальная эмбриология, как наука, стала развиваться благодаря В. Ру, который путем изоляции бластомеров выявил некоторые закономерности в эмбриогенезе и патологии при действии определенных факторов. В 20 веке появилось новое направление в науке - микрохирургия на зародышах. Вследствие этого были придуманы новые методики: снятие оболочек с яйца, пересадка частей зародыша и приготовление питательной среды для развития эмбриона.

Эмбриология в наше время

Наука, изучающая эмбриогенез, в настоящее время достигла больших результатов. Различают несколько направлений эмбриологии:

общая эмбриология;
сравнительная;
экологическая;
экспериментальная;
онтогенетическая.

Все они тесно связаны с цитологией, гистологией, медициной, биохимией, биологией, генетикой и физиологией.

Есть несколько методов изучения эмбриогенеза и зародышей как таковых. К ним относятся:

исследование фиксированных срезов при помощи различных методик (световой микроскопии, иммуноцитохимии и других);
метод маркирования клеток эмбриона, позволяющий следить за их изменениями;
эксплантация, суть которой заключается в переносе отдельной части зародыша на питательную среду для выращивания и изучения;
трансплантация ядра, с помощью которой стало возможным осуществить клонирование.

Благодаря успехам и исследованиям в эмбриологии стало возможным не только следить за этапами развития плода, но и управлять ими, предотвращать появление пороков и уродств. Кроме того, женщины, в анамнезе которых отмечаются постоянные выкидыши или бесплодие, получили шанс стать матерями.

Методы искусственного оплодотворения и суррогатного материнства получили свое существование только с помощью достижений и методик эмбриологии. Теперь образование эмбриона, его рост можно осуществлять в искусственных условиях, на специально подготовленной питательной среде. Кроме того, исследуя зародыши, эмбриологи могут совершить отбор более жизнеспособных зародышей от патологических и слабых, и тем самым не допустить случаев замершей беременности или рождения ребенка с пороками развития.

В клиниках ЭКО, научно-исследовательских институтах есть специалисты, занимающиеся проблемами оплодотворения и внутриутробного развития. Стоит отметить, что эта область медицины достигла значительных высот и продолжает развиваться, открывая новые горизонты и возможности для людей. Ее роль в современном мире становится все более значительной.

Публикации по теме

Оплодотворение представляет собой процесс слияния двух половых клеток - мужской (сперматозоида) и женской (яйцеклетки), в результате которого образуется зигота. С этого момента берёт начало эмбриональный период развития организма. Он происходит одинаково и после спонтанного зачатия, в результате вспомогательных репродуктивных технологий.

Ухудшение демографической ситуации в мире связано с социальными и экономическими потрясениями, военными действиями, уменьшением продуктивной части популяции. Несбалансированное питание, нарушение экологии, табакокурение, а также злоупотребление наркотиками и спиртными напитками стали причиной снижения фертильности как женщин, так и мужчин. Многие из них смогли стать родителями только после ЭКО.

Обращаем Ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями ст. 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Для получения подробной информации о стоимости услуг обращайтесь к администраторам медицинской клиники.

Читайте также: