© Copyright by PZWL Wydawnictwo Lekarskie, Warszawa 2020

Wszystkie prawa zastrzeżone.

Przedruk i reprodukcja w jakiejkolwiek postaci całości bądź części książki bez pisemnej zgody wydawcy są zabronione.

Recenzent: prof. dr hab. Piotr Dzięgiel

Wydawca: Anna Plewa

Redaktor prowadzący: Barbara Nowak-Pacholczak

Redaktor merytoryczny: Anna Klocek

Producent: Monika Dąbrowska

Skład wersji elektronicznej na zlecenie PZWL Wydawnictwa Lekarskiego: Katarzyna Błaszczyk, Woblink

Projekt okładki i stron tytułowych: Lidia Michalak-Mirońska

Ilustracja na okładce: hiresa (mackoflower/123RF)

Ilustracje wykonał art. grafik Jerzy Zakrzewski

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2020 r., (wyd. VI zmienione i uzupełnione)
Warszawa 2020

ISBN 978-83-200-6103-1

PZWL Wydawnictwo Lekarskie

02‑460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 695 43 21

www.pzwl.pl

Księgarnia wysyłkowa:

tel. 42 680 44 88; infolinia: 801 33 33 88

e-mail: wysylkowa@pzwl.pl

Przedmowa do wydania szóstego

Pierwsze wydanie „Embriologii” ukazało się w 1995 roku, a ostatnie – w roku 2012. Nowe wydanie podręcznika zostało zaktualizowane i uzupełnione.

Znacznie poszerzony został rozdział poświęcony wadom wrodzonym. Urodzenie zdrowego dziecka to współcześnie nie tylko problem oczekujących na potomstwo rodziców i ich rodzin, ale także społeczeństwa, struktur państwa. Wiedza o wadach wrodzonych, ich genetycznych i pozagenetycznych uwarunkowaniach jest coraz szersza, ale równocześnie przybywa nowych zagrożeń, których przykładami mogą być: zakażenie wirusem Zika i epidemia małogłowia, wady spowodowane pyłem zawieszonym czy coraz częściej sugerowany związek współczesnych wojen z patologią ciąży i anomaliami. Podrozdział poświęcony FAS został istotnie rozszerzony o najnowsze doniesienia literaturowe, głównie z tego względu, że płodowe następstwa alkoholu to jedno z najważniejszych wyzwań zdrowia publicznego w Polsce.

Ilustracje, również te nowe i poprawione, to zasługa mego wieloletniego współpracownika – artysty grafika Jerzego Zakrzewskiego, któremu jestem wdzięczny za pomysłowość oraz cierpliwość w uwzględnianiu licznych uwag i poprawek.

Kolejne wydanie „Embriologii” zawdzięczam życzliwości, jakiej doświadczam ze strony Redakcji PZWL Wydawnictwa Lekarskiego. Szczególne wyrazy wdzięczności pragnę przekazać Pani mgr Annie Plewie – Wydawcy, za Jej wieloletnią, pełną serdeczności inspirującą współpracę. Bardzo dziękuję również Pani mgr Annie Klocek, której skrupulatność przy redagowaniu podręcznika jest godna podziwu.

Podręcznik adresowany jest przede wszystkim do studentów medycyny i lekarzy, ale mam nadzieję, że – tak jak dotychczas – korzystać z niego będą studenci innych kierunków medycznych: pielęgniarstwa i położnictwa, fizjoterapii, dietetyki, biotechnologii, a także studenci i lekarze weterynarii oraz studenci kierunków biologicznych.

Moim studentom, zarówno ich krytycznym, jak i przychylnym uwagom zawdzięczam inspirację do systematycznego unowocześniania podręcznika. Wszystkim będę wdzięczny za dalszą współpracę, ponieważ – jak przypuszczam – i w tym wydaniu nie uniknąłem błędów, za które przepraszam.

Embriologia jest niezwykłą dziedziną wiedzy i jak każda nauka składa się z prawdy i piękna. Dzięki żmudnym badaniom embriologów XIX i XX wieku poznano i skrupulatnie opisano rozwój prenatalny, stale jednak otwarte pozostaje pytanie o mechanizmy nim kierujące. W poszukiwaniu prawdy wiele odpowiedzi wnosi współczesna biologia molekularna, której metody „zaaplikowane” w badania embriologiczne (w biologię rozwoju) wyjaśniają zawiłe procesy embriogenezy, dzięki którym zarodek/płód jest właśnie tym fascynującym pięknem.

Hieronim Bartel

Spis treści

Część ogólna

1. Zarys historii embriologii

Zarys historii embriologii medycznej w Polsce

2. Układ rozrodczy

Układ rozrodczy żeński

Narządy rozrodcze wewnętrzne

Narządy rozrodcze zewnętrzne

Układ rozrodczy męski

Narządy rozrodcze wewnętrzne

Narządy rozrodcze zewnętrzne

3. Gametogeneza

Oogeneza

Cykl płciowy żeński

Spermatogeneza

Budowa plemnika

Regulacja hormonalna spermatogenezy

Czynniki wpływające na aktywność plemnikotwórczą jądra

Nasienie

Mejoza

4. Początek rozwoju prenatalnego człowieka. Pierwszy tydzień rozwoju

Zapłodnienie

Molekularne mechanizmy zapłodnienia

Zapłodnienie poza ustrojem kobiety

Piętnowanie genomowe rodzicielskie (imprinting genomowy)

Stany patologiczne i zespoły wad wrodzonych oraz inne zaburzenia związane z piętnowaniem genomowym rodzicielskim

Inaktywacja chromosomu X

Bruzdkowanie

Zagnieżdżenie

5. Genetyczne i molekularne podstawy rozwoju

Molekuły sygnałowe

Molekularne szlaki przekazywania sygnału w procesie rozwoju zarodkowego

Sygnalizacja Wnt

Sygnalizacja Tgf-β

Sygnalizacja Hedgehog

Sygnalizacja Kinazy tyrozynowej

Sygnalizacja Notch

Sygnalizacja Integryną

Szlak sygnałowy Kwasu retinowego

Geny sterujące rozwojem a nowotwory

Podstawowe pojęcia oraz nazewnictwo genów zwierzęcych i genów człowieka

6. Drugi tydzień rozwoju

Powstanie dwulistkowej tarczy zarodkowej

Zaburzenia w rozwoju w pierwszych dwóch tygodniach

7. Trzeci tydzień rozwoju

Gastrulacja

Powstanie trzylistkowej tarczy zarodkowej

Pierwotny układ sercowo-naczyniowy

8. Okres zarodkowy. Od 4. do 8. tygodnia rozwoju

Mezoderma wewnątrzzarodkowa

Endoderma

Ektoderma

Teoria listków zarodkowych

Błony płodowe

Fałdowanie się zarodka

9. Charakterystyka morfologiczna zarodka i płodu

Najważniejsze cechy morfologiczne zarodka

Najważniejsze charakterystyczne cechy płodu

Czynniki wpływające na wzrost wewnątrzmaciczny płodu

Określanie czasu trwania ciąży, terminu porodu, wieku zarodka i płodu

10. Łożysko

Budowa łożyska

Czynność łożyska

Wady w rozwoju łożyska oraz inne stany patologiczne łożyska i błon płodowych

Sznur pępowinowy

Ciąża mnoga

Próby ciążowe

11. Wady wrodzone

Podział wad rozwojowych

Zaburzenia genetyczne

Uszkodzenia (mutacje) pojedynczego genu

Aberracje chromosomowe

Wady wrodzone ze znacznym udziałem czynnika genetycznego

Wady pochodzenia wieloczynnikowego (dziedziczenie wieloczynnikowe)

Wady wywołane przez czynniki teratogenne środowiska zewnętrznego

Czynniki teratogenne

Diagnostyka prenatalna

Ultrasonografia

Amniocenteza

Biopsja kosmówki

Kordocenteza

Fetoskopia

Nieinwazyjna diagnostyka prenatalna

Wskazania do diagnostyki prenatalnej

Część szczegółowa

12. Jamy ciała, krezki oraz przepona

Podział wewnątrzzarodkowej jamy ciała

Rozwój przepony

Torba sieciowa i krezka grzbietowa żołądka

Krezki

Zaburzenia w rozwoju jam ciała, pierwotnych krezek i przepony

13. Narząd gardłowy i jego pochodne. Twarz oraz szyja

Narząd gardłowy (skrzelowy)

Łuki gardłowe

Kieszonki gardłowe

Bruzdy gardłowe

Błony gardłowe

Zaburzenia w rozwoju narządu gardłowego

Język

Zaburzenia w rozwoju języka

Ślinianki

Tarczyca

Zaburzenia w rozwoju tarczycy

Twarz

Jamy nosowe

Podniebienie

Zaburzenia w rozwoju twarzy i podniebienia

14. Układ oddechowy

Molekularne mechanizmy rozwoju tchawicy i drzewa oskrzelowego

Zaburzenia w rozwoju układu oddechowego

15. Układ pokarmowy

Jelito pierwotne przednie

Przełyk

Żołądek

Dwunastnica

Wątroba i pęcherzyk żółciowy

Trzustka

Śledziona

Jelito pierwotne środkowe

Jelito pierwotne tylne

Molekularne mechanizmy różnicowania pierwotnego jelita

Zaburzenia w rozwoju układu pokarmowego

Wady jelita pierwotnego przedniego

Wady jelita pierwotnego środkowego

Wady jelita pierwotnego tylnego

16. Układ moczowo-płciowy

Układ moczowy

Nerka

Pęcherz moczowy i cewka moczowa

Gruczoł krokowy (stercz)

Układ płciowy

Rozwój gonad

Rozwój narządów płciowych wewnętrznych

Rozwój narządów płciowych zewnętrznych

Rozwój kanału pachwinowego i zstępowanie jąder

Zaburzenia w rozwoju układu moczowo-płciowego

Wady układu moczowego

Wady wrodzone układu płciowego

17. Układ sercowo-naczyniowy

Rozwój serca

Podział kanału przedsionkowo-komorowego, pierwotnego przedsionka i pierwotnej komory

Zatoka żylna

Lewy przedsionek i pierwotna żyła płucna

Podział pierwotnej komory

Układ przewodzący serca

Pierwotne i wtórne pole sercotwórcze, sercowe komórki grzebienia nerwowego oraz molekularne mechanizmy embriogenezy serca

Układ tętniczy

Układ żylny

Układ limfatyczny

Układ krążenia płodu i noworodka

Krążenie płodowe

Zmiany w układzie krążenia po urodzeniu

Zaburzenia w rozwoju układu sercowo-naczyniowego

Wady wrodzone serca i dużych naczyń krwionośnych

Wrodzone wady łuku aorty

Zaburzenia w rozwoju układu żylnego i limfatycznego

18. Układ nerwowy

Układ nerwowy ośrodkowy

Rdzeń kręgowy

Opony

Mielinizacja

Mózgowie

Molekularne podstawy różnicowania płytki, rynienki i cewy nerwowej

Układ nerwowy obwodowy

Nerwy czaszkowe

Układ nerwowy autonomiczny

Układ nerwowy współczulny

Układ nerwowy przywspółczulny

Zaburzenia w rozwoju ośrodkowego układu nerwowego

Wady wrodzone rdzenia kręgowego

Wady wrodzone mózgowia

Wady wrodzone gruczołu nadnerczowego

Komórki grzebienia nerwowego

Zaburzenia związane z komórkami grzebienia nerwowego

19. Oko, ucho, narząd węchu

Oko

Siatkówka, ciało rzęskowe i tęczówka

Soczewka, ciało szkliste i rogówka

Nerw wzrokowy i pozostałe struktury oka

Molekularne mechanizmy rozwoju oka

Zaburzenia w rozwoju narządu wzroku

Ucho

Ucho zewnętrzne

Ucho środkowe

Ucho wewnętrzne

Molekularne mechanizmy rozwoju ucha wewnętrznego

Zaburzenia w rozwoju narządu słuchu i równowagi

Wady wrodzone małżowiny usznej

Narząd węchu

Wady wrodzone narządu węchu

20. Krew

Erytrocytopoeza

Granulocyty

Płytki krwi

Limfocyty

Limfocyty T

Limfocyty B

Monocyty – makrofagi (jednojądrowe fagocyty), komórki NK

Zaburzenia związane z krwią oraz rozwojem odporności

Konflikt matczyno-płodowy

Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa

α-Talasemia

Wrodzone zaburzenia układu odpornościowego (zespoły niedoborów odporności)

21. Układ szkieletowy

Rozwój chrząstki

Rozwój kości

Kostnienie na podłożu błoniastym

Kostnienie na podłożu chrzęstnym

Molekularne mechanizmy rozwoju układu kostnego

Molekularne mechanizmy powstawania i różnicowania się elementów chrzęstnych i kostnych w kości długiej

Rozwój stawów

Szkielet osiowy

Kości obręczy kończyny górnej i dolnej oraz kończyn

Zaburzenia w rozwoju układu szkieletowego

Wady wrodzone szkieletu osiowego

Wady czaszki

Uogólnione wady układu kostnego

22. Układ mięśniowy

Mięśnie poprzecznie prążkowane szkieletowe

Molekularne mechanizmy rozwoju mięśni

Zaburzenia rozwojowe mięśni

23. Kończyny

Molekularne mechanizmy rozwoju kończyn

Zaburzenia w rozwoju kończyn

24. Powłoka wspólna

Skóra

Włosy

Gruczoły łojowe

Gruczoły potowe

Paznokcie

Gruczoły sutkowe

Molekularne mechanizmy rozwoju skóry i jej wytworów

Zęby

Molekularne mechanizmy rozwoju zębów

Zaburzenia w rozwoju powłoki wspólnej

Wady wrodzone skóry

Wady wrodzone włosów

Wady wrodzone paznokci

Wady gruczołu sutkowego

Wady wrodzone zębów

25. Klonowanie

26. Komórki macierzyste

Słownik podstawowych terminów embriologicznych

Podziękowania

Przypisy

Część
ogólna

1. Zarys historii embriologii

Embriologia zajmuje się rozwojem organizmu od zapłodnienia do urodzenia. Słowo émbryon (έμβρυο) pochodzi z języka starogreckiego i oznacza nowo narodzone (jagnię), coś młodego, istotę poczętą lub rozwijającą się. Słowa fetus (płód) oraz conceptus (poczęty), często potocznie uznawane za pojęcia synonimowe, a także nasciturus, nasci (w języku prawniczym – rodzić się) wywodzą się z języka łacińskiego.

Historia embriologii jest niezwykle ciekawa i pouczająca. Rozwój zarodkowy człowieka i zwierząt intrygował ludzi od zarania dziejów. Ze starożytnych państw: Egiptu, Babilonii, Indii, Chin, Meksyku i Peru pochodzą zadziwiająco precyzyjne opisy narządów rozrodczych kobiety oraz metod postępowania przy porodzie. W staroegipskim papirusie z Kahun (około 1550 rok p.n.e.) znajdują się opisy zaburzeń miesiączkowania, receptura na miksturę z kolców akacji, zapobiegającą ciąży, oraz zapisy dotyczące prób ustalenia płci dziecka na podstawie zachowania się kiełków pszenicy i jęczmienia zalanych moczem kobiety ciężarnej. W tzw. tekście Suśruty-Samhity (Indie, I wiek p.n.e.) zawarty jest szczegółowy opis rozwoju dziecka w łonie matki, różnicowania się narządów w różnych okresach ciąży, opis „łoża” dla dziecka (macicy) oraz stwierdzenie, że ciąża jest efektem zmieszania nasienia mężczyzny z krwią miesiączkową kobiety.

Najstarsze zapiski greckie pochodzą od filozofa Anaksagorasa z Kladzomen (500–428 p.n.e.). Uważał on, że pierwsze zwierzęta powstają z ciepła, wilgoci i ziemi, a następne jedne z drugich, z gotowego ukształtowanego zarodka. Twierdził także, że z zarodków pochodzących z lewej części organizmu rozwijają się organizmy żeńskie, a z prawej – męskie. Hipokrates z wyspy Kos (460–377 p.n.e.) w swej rozprawie zalecał obserwować rozwój jaja kurzego, gdyż na podstawie rozwoju tego ptaka można wnioskować o rozwoju człowieka.

Z grona wielkich filozofów greckich twórcą embriologii uznano Arystotelesa (384–322 p.n.e.). Ten wszechstronny myśliciel mylił się oczywiście, twierdząc, że muchy powstają z psującego się mięsa, małże lęgną się z mułu, pszczoły rodzą się samorodnie, a nowy organizm powstaje z krwi miesiączkowej pod wpływem samych sił zawartych w nasieniu samca. W jego „Traktacie o rodzeniu” (około 340 rok p.n.e.) znajduje się do czasów Arystotelesa najdoskonalszy opis zarodka kurczęcia. Z dzieła tego przenika myśl o kierowaniu rozwojem przez istotę nadrzędną (Creative principle). Sławny lekarz rzymski pochodzenia greckiego Galen (Galenus Claudius, około 230–200 p.n.e.) w dziele pt. „O kształtowaniu się płodu” zamieścił szczegółowy opis płodu ludzkiego. Jako pierwszy opisał także łożysko, owodnię i omocznię.

Okres średniowiecza (V–XIV wiek) nie przyczynił się do postępu w poznaniu zjawisk embriologicznych.

Rycina 1-1

Akt płciowy. Rysunek Leonarda da Vinci, około 1490 rok.

Embriologią zajmował się Leonardo da Vinci (1452–1519). Pozostawił on po sobie między innymi rysunki aktu płciowego człowieka oraz płodu ludzkiego w macicy (ryciny 1-1 i 1-2). Wartościowych obserwacji rozwoju zarodka kurczęcia i niektórych zarodków ssaków dokonał także Hieronymus Fabricius (Girolamo Fabrizio 1537–1619).

Rycina 1-2

Płód w rozciętej macicy. Rysunek Leonarda da Vinci, około 1510 rok.

Postępowe idee ery renesansu przyczyniły się do wzrostu rangi nauk przyrodniczych. Skonstruowanie mikroskopu miało znaczący wpływ na rozwój embriologii oraz wielu innych nauk.

Rycina 1-3

Tytułowa strona dzieła Harveya o rozwoju zwierząt. Zeus trzyma w dłoniach odkryte jajo, z którego wydostają się owady, ptaki, gady, płazy, ssaki i człowiek.

Ideę mikroskopu stworzył Johannes Kepler w 1611 roku, a nazwę „mikroskop” wprowadził Demiscianus trzy lata później.

W roku 1590 pierwsze soczewki wykonali holenderscy szlifierze diamentów Hans i Zachariasz Janssenowie.

Pierwsze obserwacje mikroskopowe przypisuje się najczęściej Robertowi Hooke’owi (1635–1703) i Antonowi van Leeuwenhoekowi (1632–1723), chociaż już w roku 1614 Galileusz w urządzeniu optycznym, nazwanym przez niego specillum lub tubus bilens, oglądał kutikulę muchy, a Francesco Stelluti w roku 1625 obserwował pszczołę, której szczegółowy rysunek w dziele „Melisographia Lincea” dedykował papieżowi Urbanowi VIII.

Robert Hooke (1635–1703) ukończył Oxford; był głównym eksperymentatorem Towarzystwa Królewskiego w Anglii, którego pracami przez pewien okres kierował (przed Hooke’em Towarzystwu przewodził Izaak Newton). Towarzystwo Królewskie (Royal Society) było w tym czasie najważniejszym gremium naukowym w Europie. W jego skład wchodzili uznani uczeni, a do ich zadań należało ocenianie nadsyłanych raportów (informacji) o odkryciach naukowych (nie było przecież czasopism naukowych).

Hooke, w oparciu o zbudowany przez siebie mikroskop, dokonał licznych obserwacji, które opisał w wydanej w 1665 roku obszernej „Micrographii”. Odkrył komórkę roślinną. W cienkich skrawkach kory drzewa korkowego spostrzegł „pokoiki”, które skojarzył z celami mnichów klasztornych, nazywając je z języka łacińskiego cella – komórka. Faktycznie odkrył błonę komórkową, twierdził bowiem, że we wnętrzu komórki jest tylko powietrze.

William Harvey (1578–1657), posługując się prymitywnym systemem soczewek, dokonał wielu ważnych odkryć. Wprawdzie sławny stał się przede wszystkim jako odkrywca systemu krążenia krwi, co opisał w dziele „Exercitatio anatomica de motu cordis et sanguinis in animalibus”, ale zajmował się także embriologią. W swym traktacie o rozmnażaniu „Exercitationes de generatione animalium” (1651) twierdził, że wszystko co żywe wykluwa się z jaja. Na stronie tytułowej swego dzieła umieścił znane stwierdzenie „Ex ovo omnia” (rycina 1-3). Zaprzeczał teorii samorództwa (chociaż wierzono w nią aż do czasów Pasteura), był zwolennikiem epigenezy, ale na jej potwierdzenie nie przedstawił dowodów. Uważał, że jajo to nie komórka jajowa, ale zarodek w początkowej fazie rozwoju. Lekarz włoski Marcello Malpighi (1628–1694) twierdził, że do powstania nowego organizmu potrzebne są elementy męskie i żeńskie. W dziele „De ovo incubato” opisał rozwój zarodka kurczęcia i na przykładzie rozwoju tego gatunku popierał teorię preformacji. W 1672 roku anatom holenderski Robert Régnier de Graaf (1641–1673) – lekarz-anatom – opisał pęcherzyk jajnikowy u królika, przypuszczając, że odkrył komórkę jajową. Dokonanie to upamiętnione zostało powszechnie przyjętym, a zaproponowanym przez Albrechta von Hallera, określeniem „pęcherzyk Graafa” dla dojrzałego pęcherzyka jajnikowego.

Anton van Leeuwenhoek (1632–1723) urodził się w Delft w Zjednoczonych Niderlandach. Jego matka warzyła piwo, a ojciec wyplatał kosze. Choć nie miał wykształcenia, został geniuszem. Był uczniem kupca towarów tekstylnych, a następnie sam prowadził w Delft sklep bławatny (sprzedawał tekstylia, nici, guziki); był także stróżem nocnym. Po 40. roku życia przez ponad pół wieku prowadził obserwacje za pomocą mikroskopów własnej konstrukcji. Mikroskop składał się z własnoręcznie oszlifowanej soczewki oprawionej w mosiężną płytkę (a często w srebrze i złocie) i pozwalał na osiągnięcie największych w owych czasach powiększeń 50–200 ×. Skonstruował 247 kompletnych mikroskopów (rycina 1–4). Pod mikroskopem badał szczegóły budowy wszy, żądła pszczoły, pleśni, mikroorganizmów (żyjątek) w wodzie, na powierzchni skóry, zębów, własnych wydalin. Opisał krwinki i ruch krwi w naczyniach krwionośnych, a także bakterie, nie kojarząc ich czynności (nazwany został ojcem mikrobiologii). Obserwacje swoje opisywał w języku holenderskim (nie znał łaciny) w listach przesyłanych Towarzystwu Królewskiemu (tłumaczyli je Régnier de Graaf oraz Huygens). Publikowano je w „Philosophical Transaction” Towarzystwa Królewskiego. W ciągu 50 lat napisał 295 listów (jeszcze na łożu śmierci prosił o przesłanie dwóch z nich).

Rycina 1-4

Mikroskopy Antona van Leeuwenhoeka.

Był szanowanym obywatelem Delft, władze miasta mianowały go kuratorem dzieł miejscowego malarza Jana Vermeera. Na pokazy mikroskopowe Leeuwenhooka przyjeżdżali królowie i książęta, między innymi Piotr Wielki, Fryderyk Wielki, Jerzy II, August II, Grand Duke Cosimo III z Toskanii. W wieku 48 lat został przyjęty do Towarzystwa Królewskiego (jako full member in absentia).

Współcześni biografowie – historycy nauki – nazwali Roberta Hooke’a i Antona van Leeuwenhooka Galileuszami biologii.

Wielkim embriologiem holenderskim, obok Leeuwenhoeka i Graafa, był przyrodnik Jan Swammerdam (1637–1680). Niezależny materialnie dzięki ojcu – bogatemu aptekarzowi – całe życie poświęcił żmudnym obserwacjom embriologicznym. Znany był ze swych znakomitych publicznych wykładów z pokazami obiektów biologicznych. Wprowadził pojęcie bruzdkowania na podstawie bruzd obserwowanych w czasie rozwoju jaja żaby. Opisy rozwoju zarodkowego różnych gatunków zamieszczone w dziele „Biblia naturae” jeszcze dzisiaj zadziwiają swą precyzją. Swammerdam był twórcą teorii rozwoju embriologicznego – preformacji. Teoria preformacji zakładała, że w jaju znajduje się zminiaturyzowany osobnik, zawierający już wszystkie narządy, a jego rozwój polega na ich wzroście. Szwajcarski filozof i przyrodnik Charles Bonnet (1720–1793) twierdził, że zarodek zawiera w sobie następny zarodek. Podobnie Swammerdam mawiał, że czerwie owadów to w pełni upostaciowane małe owady, które po utracie błony otaczającej przyjmują formę dojrzałą. Preformiści dzielili się na owistów, którzy zakładali, że zarodek jest preformowany w jaju (z łac. ovum – jajo), i na animalkulistów, lokalizujących miniaturowy organizm w plemniku. Plemniki nazywano wówczas także zwierzątkami nasiennymi (z łac. animaculum – zwierzątko). Nicolas Hartsoeker (1656–1725) twierdził, że za błonką pokrywającą główkę plemnika ukryty jest miniaturowy człowiek (homunculus), którego hipotetyczny obraz przedstawił na znanym rysunku (rycina 1-5).

Poglądy preformistów obalił 26-letni Caspar Friedrich Wolff (1734–1794), jeden z największych embriologów niemieckich. Był on profesorem anatomii i fizjologii w St. Petersburgu. Na podstawie obserwacji zarodka ptaka sformułował teorię rozwoju embrionalnego, nazwaną epigenezą. Udowodnił, że zarodek nie jest zminiaturyzowanym organizmem, lecz powstaje stopniowo, z warstwowo ułożonego materiału, a oddziaływanie czynników zewnętrznych (epigenetycznych) przyczynia się do jego przekształcenia i wzrostu. Spór między zwolennikami teorii epigenezy a preformistami ostatecznie zakończył w 1775 roku Lazzaro Spallanzani (1729–1799), który stwierdził, że „dla powstania nowego organizmu niezbędne są zarówno komórka jajowa, jak i plemnik”. Christian Pander w 1817 roku potwierdził obserwacje Wolffa i jako pierwszy użył terminu „listki zarodkowe”. W 1845 roku Robert Remak (1815–1865) ograniczył liczbę listków zarodkowych do trzech.

Rycina 1-5

Zminiaturyzowany człowiek (homunculus) w główce plemnika. Rysunek Hartsoekera z 1694 roku.

Ojcem współczesnej embriologii nazwano Karla Ernsta von Baera (1792–1876). W 1827 roku – a więc 150 lat po opisaniu plemników – odkrył on komórkę jajową w pęcherzyku jajnikowym człowieka i ssaków, opisał zygotę oraz blastocystę ssaków, ugruntował teorię listków zarodkowych, a także zapoczątkował embriologię porównawczą. Von Baer jest twórcą praw rozwoju, według których wczesne zarodki różnych zwierząt są do siebie podobne, a różnice między zarodkami są tym większe, im są one starsze.

Wielkim krokiem w rozwoju biologii, w tym także embriologii, było ogłoszenie w 1839 roku przez dwóch uczonych niemieckich – botanika Matthiasa Schleidena (1804–1881) i zoologa Theodora Schwanna (1810–1882) – teorii komórkowej. Zgodnie z nią organizm składa się z komórek oraz wytworzonych przez nie składników. Teorię komórkową w embriologii wprowadził jako pierwszy Rudolf Albert von Koelliker (1817–1905).

W 1868 roku Ernst Haeckel (1834–1919) sformułował swoje prawo biogenetyczne, nazwane później prawem Haeckla, według którego rozwój ontogenetyczny jest skróconą i zmodyfikowaną rekapitulacją rozwoju filogenetycznego.

Oskar Hertwig (1849–1922) w 1875 roku zaobserwował, jak mały plemnik jeżowca wnika do dużego jaja jeżowca i jak jądra obu komórek się zlewają. Dokonał tym samym odkrycia procesu zapłodnienia.

Ciekawego doświadczenia dokonał w 1888 roku embriolog niemiecki Wilhelm Roux (1850–1924). Rozgrzaną igłą uszkodził jeden z dwóch blastomerów żaby i obserwował dalszy rozwój nieuszkodzonego blastomeru. Zapoczątkował tym samym rozwój embriologii doświadczalnej. Podobne doświadczenia u jeżowców, z użyciem czynników mechanicznych i chemicznych, stosowali Hans Driesch (1867–1941), Theodor Boveri (1862–1915) i Jacques Loeb (1859–1924) – biolog amerykański pochodzenia niemieckiego. W 1900 roku Loebowi udało się pobudzić mechanicznie do rozwoju niezapłodnione jajo żaby. W ten sposób stał się odkrywcą sztucznej partenogenezy.

W 1878 roku Walther Flemming (1843–1905) odkrył chromosomy, a w 1883 roku Pierre Joseph van Beneden (1809–1894) stwierdził, że ich liczba w komórkach płciowych jest zmniejszona o połowę w porównaniu z pozostałymi komórkami, a redukcja liczby chromosomów następuje w czasie podziału mejotycznego. Pierwszych obserwacji chromosomów ludzkich dokonał David Paul Hansemann w 1891 roku. W 1912 roku Hans von Winiwarter twierdził, że jest ich 48 u kobiet i 47 u mężczyzn. Ostatecznie, dopiero w 1956 roku Japończyk Joe Hin Tjio i Szwed Johan Albert Levan ustalili, że liczba chromosomów ludzkich wynosi 46.

W 1953 roku James Watson i Francis Crick opisali strukturę przestrzenną soli kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA). Było to jedno z najważniejszych odkryć XX wieku. Stworzyło podstawy dla rozwoju współczesnej genetyki (rozszyfrowania genomu roślin, zwierząt i człowieka), inżynierii genetycznej oraz biologii molekularnej.

W latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku, początkowo Ethel Browne Harvey, a następnie Hans Spemann (1869–1941) wraz ze swymi współpracownikami, Hilde Mangold oraz Johannsem Holftreterem, stosując metody mikrochirurgiczne, odkryli zjawisko indukcji embrionalnej, które polega na tym, że nieznanej natury czynniki, tzw. organizatory, wpływają sterująco na rozwój sąsiednich komórek zarodka.

W latach czterdziestych ubiegłego stulecia rozpoczęto doświadczenia nad sztucznym zapłodnieniem i hodowlą zarodków ssaków.

Pierwszego zapłodnienia in vitro ludzkiej komórki jajowej przez plemnik dokonali w 1978 roku Anglicy – dr Patrick Steptoe, położnik ze szpitala w Oldham, i dr Robert Edwards, profesor fizjologii rozrodu z Uniwersytetu w Cambridge. Urodzona w efekcie zastosowania tej metody w Klinice Bourn Hall córka małżeństwa Lesley i Johna Brownów otrzymała imię Luiza.

Dr Steptoe zmarł w 1988 roku w wieku 75 lat, a 85-letni dr Edwards w roku 2010 otrzymał Nagrodę Nobla z fizjologii i medycyny za opracowanie techniki sztucznego zapłodnienia u człowieka. Zmarł w 2013 roku w wieku 88 lat.

W Polsce pierwsze dziecko (chłopiec) urodzone zostało w wyniku zastosowania metody in vitro w Klinice Położniczo-Ginekologicznej Akademii Medycznej w Białymstoku 12 listopada 1987 roku, w zespole kierowanym przez prof. Mariana Szamatowicza.

W 1983 roku w klinice Uniwersytetu w Melbourne, pod kierunkiem dr. Carla Wooda urodziło się pierwsze dziecko z zamrożonego zarodka ludzkiego.

W Polsce pierwsze dziecko z zamrożonej komórki jajowej urodziło się 19 grudnia 2007 roku.

W 1983 roku Richard Palmiter uzyskał metodą inżynierii genetycznej transgeniczną mysz gigantyczną. W doświadczeniu dokonano fuzji ludzkiego genu, kodującego hormon wzrostu, z przedjądrzem jaja myszy. Wkrótce uzyskano kolejne zwierzęta transgeniczne – czyli zmienione genetycznie.

Doświadczenia nad zarodkami in vitro rozwijają się tak dynamicznie, że w środowiskach naukowych, rządowych i parlamentarnych wielu krajów rozgorzała dyskusja nad ich celowością i nieprzewidzianymi konsekwencjami. W rezultacie Komitet Ministrów Rady Europy zobowiązał państwa członkowskie Wspólnoty Europejskiej, aby zakazały wykorzystywania metody in vitro w celach handlowych oraz badawczych, wyszczególniając, jakich doświadczeń nie wolno wykonywać.

Rycina 1-6

Sklonowanie owcy: a. Poszczególne etapy czynności dokonywanych w komórce jajowej pod mikroskopem świetlnym przy użyciu mikromanipulatora. b. Hodowla in vitro sklonowanej komórki oraz przeniesienie blastocysty do macicy owcy (donoszącej ciążę).

W lutym 1997 roku Ian Wilmut i Keit H.S. Campbell z Roslin Institute koło Edynburga w Szkocji zadziwili świat, oznajmiając, że uzyskali jagnię nazwane „Dolly” po sklonowaniu dorosłej owcy (rycina 1-6)[1]. Wprawdzie uprzednio udało się już sklonować króliki, owce, krowy, a nawet małpy (Macacus rhesus), ale wyłącznie z komórek zarodkowych. Zespół naukowców z Roslin Institute do sklonowania użył zaś jądra komórki gruczołu sutkowego (wymienia) 6-letniej owcy. Po pobraniu komórki z gruczołu sutkowego hodowano ją przez 5 dni w płynie o zmniejszonym stężeniu osocza. Ta swoista metoda „głodzenia” komórki spowodowała jej przejście z fazy GI do fazy G_0. Następnie jądro tej komórki przeniesiono metodą mikromanipulacji do komórki jajowej uprzednio pozbawionej jądra. Komórkę tę pobrano z jajowodu od owcy-dawczyni. Był to oocyt zatrzymany w fazie G_0 cyklu komórkowego. Po 6 dniach hodowli in vitro uzyskaną blastocystę przeniesiono do macicy owcy, która urodziła Dolly. Z 277 tego typu doświadczeń jedno zakończyło się sukcesem.

Jagnię Dolly nie było absolutnie wierną kopią owcy wybranej do sklonowania, ponieważ jego rozwój prenatalny nie dokonywał się w macicy owcy dawczyni jądra ani też nie otrzymało ono genów znajdujących się w mitochondriach komórki gruczołu sutkowego. Po około roku owca Dolly została zapłodniona w sposób naturalny i urodziła jagnię.

Narodziny Dolly bez udziału ojca powszechnie uznano zarówno za przełom w nauce, jak i etyce.

W roku 1981 Sir Martin John Evans i Matthew Kaufman z Uniwersytetu w Cambridge oraz Gail Martin z Uniwersytetu w Kalifornii niezależnie od siebie uzyskali zarodkowe komórki macierzyste z bardzo wczesnych zarodków myszy.

W 2007 roku Sir Martin John Evans oraz Mario Capecchi z Uniwersytetu Utah i Oliver Smithies z Uniwersytetu Północnej Karoliny otrzymali Nagrodę Nobla za „odkrycie zasad, jakie obowiązują podczas wprowadzania specyficznych zmian w genach myszy przy użyciu zarodkowych komórek macierzystych”.

Odkrycie komórek macierzystych okazało się milowym krokiem w leczeniu wielu chorób i zapoczątkowało erę medycyny regeneracyjnej (medycyny komórek macierzystych, medycyny stem cells).

W końcu 1998 roku James Thomson doniósł, że wyhodował z ludzkich blastocyst linię totipotencjalnych macierzystych komórek zarodkowych (embryonic stem cells). Wszystkie te komórki nawet po 5 miesiącach były zdolne do różnicowania się w trofoblast oraz trzy listki zarodkowe.

W lutym 2001 roku, po 13 latach badań dwóch zespołów badawczych – Human Genome Project oraz Celera Genomics – opublikowano zsekwencjonowany genom człowieka.

Od początku bieżącego stulecia pojawiają się informacje o sklonowaniu człowieka. Żadna jednak nie znalazła potwierdzenia w najpoważniejszych czasopismach naukowych, takich jak „Nature” czy „Science”. W ostatnich latach w licznych laboratoriach na świecie uzyskano hybrydowe zarodki między zwierzętami, a także człowieka i zwierząt (mysz, szczur, małpa), z zamiarem pozyskania tkanek i narządów zwierzęcych do przeszczepów lub wyhodowania całych narządów (np. trzustki). Przykładowo w przypadku hybrydy mysz–człowiek z organizmu ludzkiego pobrano iPS (indukowane pluripotencjalne komórki somatyczne) i wstrzyknięto je do zarodka zwierzęcia kontynuując hodowlę do 14,5 dnia ciąży myszy. Powyższe badania, których pełne wyniki zapewne w części są utajnione, budzą poważne zastrzeżenia etyczne i protesty.

Zarys historii embriologii medycznej w Polsce

Początki historii badań embriologicznych w Polsce wiążą się z uniwersytetami w Krakowie, Lwowie, Warszawie i Wilnie, a w okresie po II wojnie światowej także z nowymi uczelniami medycznymi w Gdańsku, Łodzi i innych miastach.

Jednym z pionierów embriologii na Uniwersytecie Jagiellońskim był uczeń profesora Kazimierza Kostaneckiego – profesor Emil Godlewski Jr (1875–1944). Zorganizował on w 1918 roku Katedrę Biologii i Embriologii, którą kierował przez 21 lat. Prowadził między innymi badania nad mechanizmami zapłodnienia, sztucznej partenogenezy oraz regeneracji. W roku 1924 ukazała się jego „Embrjologja” – pierwszy polski podręcznik poświęcony w znacznej części rozwojowi człowieka (rycina 1-7)[2]. Profesor Godlewski jako jedyny Polak został w 1936 roku członkiem Papieskiej Akademii Nauk (Pontificia Academia Scientiarum). W listopadzie 1939 roku z powodu choroby nie poszedł na zebranie profesorów krakowskich uczelni, zwołane przez gubernatora Hansa Franka, przez co uniknął aresztowania. Zmarł w Krakowie pod koniec wojny na skutek zakażenia różą.

Uczniem i następcą profesora Emila Godlewskiego Jr. był profesor Stanisław Skowron (1900–1976). Kierował on Katedrą Biologii i Embriologii na Uniwersytecie Jagiellońskim, a następnie w krakowskiej Akademii Medycznej. Swoje zainteresowania naukowe koncentrował na genetyce, ewolucji oraz embriologii medycznej.

Profesor Stanisław Hiller (1891–1965) (rycina 1-8) był uczniem wybitnych profesorów Uniwersytetu Jagiellońskiego: Napoleona Cybulskiego, Emila Godlewskiego Jr. i Kazimierza Kostaneckiego. Jako stypendysta Rockefellera w USA prowadził pod kierunkiem profesora Chana D. Chambersa badania nad zarodkami płazów oraz człowieka. Przed II wojną światową na Uniwersytecie im. Stefana Batorego w Wilnie kierował Katedrą Histologii i Embriologii. Jego współpracownikami byli wypromowani docenci – Stefan Bagiński i Jan Kruszyński. W roku 1945 zorganizował Katedrę Histologii i Embriologii w Akademii Medycznej w Gdańsku, gdzie kontynuował swoje badania nad prawidłowym i patologicznym rozwojem zarodka ludzkiego.

Rycina 1-7

Profesor Emil Godlewski Jr (1875–1944). Strona tytułowa pierwszego wydania podręcznika embriologii.

Profesor Hiller unowocześnił wznowiony po wojnie podręcznik embriologii Emila Godlewskiego Jr. Jako motto wybrał słowa: „Mój kraj, nauka, cnota” wygrawerowane na drzwiach Uniwersytetu im. Stefana Batorego w Wilnie, w którym przed wojną był dziekanem Wydziału Lekarskiego i prorektorem.

Profesor Stefan Bagiński (1892–1969) w roku 1945 zorganizował w Łodzi Katedrę Histologii i Embriologii oraz rozpoczął nauczanie histologii i embriologii na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Łódzkiego, a następnie w Akademii Medycznej. Ponadto był współorganizatorem Wojskowej Akademii Medycznej w Łodzi i pierwszym kierownikiem Katedry Histologii i Embriologii na tej uczelni. Był jednym z pionierów badań histochemicznych w embriologii. Opisał 20-dniowy zarodek ludzki pochodzący z operowanej ciąży jajowodowej. Zarodek ten, zakwalifikowany do dziewiątego stadium rozwojowego, należy według Ranona O’Rahillego do najwcześniej udokumentowanych zarodków ludzkich.

Rycina 1-8

Profesor Stanisław Hiller (1891–1965).

Profesor Bagiński jest autorem publikacji na temat komórek kambialnych, znacznie później nazwanych komórkami macierzystymi (stem cells), oraz twórcą niewielkiego podręcznika embriologii przeznaczonego dla studentów medycyny (rycina 1-9).

Profesor Mieczysław Konopacki (1880–1939), wywodzący się ze lwowskiej szkoły światowej sławy profesora Władysława Szymonowicza, kierował Katedrą Histologii i Embriologii na Uniwersytecie Warszawskim (zginął w czasie bombardowania stolicy na początku wojny). Razem z żoną Bronisławą Konopacką (1884–1965) wprowadził techniki histochemiczne w badaniach embriologicznych.

Rycina 1-9

Profesor Stefan Bagiński (1892–1969) oraz strona tytułowa jego podręcznika.

W roku 1945 Katedrę Histologii i Embriologii Wydziału Lekarskiego Uniwersytetu Warszawskiego (a następnie Akademii Medycznej) objął profesor Juliusz Zweibaum. Jego następcą został profesor Kazimierz Ostrowski (1921–2010), który kierował katedrą w latach 1956–1992. Profesor Ostrowski wykształcił po 1945 roku w Warszawie najliczniejsze grono profesorów histologii i embriologii. Zapoczątkował badania nad indukowaną osteogenezą. Był autorem dwóch podręczników embriologii człowieka, tłumaczem dwóch kolejnych podręczników embriologicznych oraz redaktorem największego w XX wieku podręcznika „Histologia” z podrozdziałami poświęconymi organogenezie poszczególnych narządów człowieka.

Profesor Andrzej Krzysztof Tarkowski (1933–2016) urodził się w Warszawie. W 1955 roku ukończył studia na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Warszawskiego i przez całą swą karierę zawodową był związany z tą uczelnią. W latach 1964–2003 kierował Zakładem Embriologii, a w latach 1972–1981 oraz 1987–2002 był dyrektorem Instytutu Zoologii Uniwersytetu Warszawskiego.

Profesor Tarkowski był jednym z pionierów w świecie doświadczeń embriologicznych na ssakach (do połowy XX wieku embriologia eksperymentalna opierała się na badaniach zarodków płazów, ptaków i bezkręgowców morskich – głównie jeżowców – organizmów cechujących się zapłodnieniem zewnętrznym, których zarodki są łatwo dostępne do obserwacji i manipulacji). Badania przeprowadzone w Warszawie oraz w różnych ośrodkach naukowych na świecie (między innymi bezpośrednio po doktoracie, w ramach stypendium Fundacji Rockefellera, w Zakładzie Zoologii Uniwersytetu Północnej Walii, pod kierunkiem profesora Francisa Williama Rogersa Brambella) już z zastosowaniem techniki hodowli in vitro, a wykonane na 8-komórkowym zarodku myszy, doprowadziły do sformułowania hipotezy znanej jako outside-inside hypothesis. Według tej koncepcji losy zarodka aż do stadium 8 blastomerów nie są zdeterminowane. O tym, które z nich utworzą węzeł zarodkowy (w przyszłości płód), a które trofoblast (w przyszłości łożysko), decydują mikrośrodowisko i położenie blastomerów: z tych ułożonych w środku powstanie zarodek, a z tych na obwodzie – trofoblast. Blastomer do stadium 8-komórkowego, wyizolowany z zarodka myszy i przeniesiony do macicy, może się rozwinąć w kompletny organizm.

Kolejnym pionierskim osiągnięciem profesora Tarkowskiego były chimery myszy uzyskane w wyniku połączenia (fuzji) dwóch różnych genetycznie zarodków 8-komórkowych. „Chimery” udało się Profesorowi uzyskać też w inny oryginalny sposób – poprzez transplantację komórek embrionalnych lub zarodkowych komórek macierzystych do jamy blastocysty. Organizmy chimerowe mają szerokie zastosowanie w badaniach genetycznych, immunologicznych, onkologicznych oraz w uzyskiwaniu zwierząt transgenicznych.

Rycina 1-10

Profesor Andrzej Krzysztof Tarkowski (1933–2016).

Profesor Tarkowski jako pierwszy w świecie dokonał zapłodnienia komórki jajowej myszy bez udziału plemnika. Zarodek partenogenetyczny powstał w wyniku zastosowania, jako stymulatora, impulsu elektrycznego i rozwijał się do stadium wczesnej organogenezy. Wyniki badań zostały opublikowane 11 kwietnia 1970 roku w „Nature”, a mikrofotografia 6-dniowej blastocysty znalazła się na stronie tytułowej tego najstarszego i najważniejszego czasopisma naukowego w świecie. Był to pierwszy artykuł Polaka w taki sposób wyróżniony przez redakcję. Badania nad zarodkami partenogenetycznymi przyczyniły się pośrednio do odkrycia fenomenu embriologicznego znanego jako imprinting (piętnowanie) genomu. W następnych latach profesor Tarkowski opublikował w „Nature” jeszcze trzy prace, które również miały fundamentalne znaczenie w embriologii doświadczalnej.

Profesor opracował metody prostej mikrochirurgii umożliwiające rozdzielanie blastomerów, fuzje fragmentów oocytów z blastomerami, a także z komórkami somatycznymi. Najważniejszym osiągnięciem tych badań było wykazanie, że jądra komórek somatycznych wprowadzone do komórki jajowej są zdolne do reaktywacji. Badania te miały fundamentalne znaczenie w klonowaniu ssaków, a technika fuzjowania za pomocą impulsu elektrycznego została po kilkunastu latach wykorzystana przez dr. Iana Wilmuta do stworzenia owcy Dolly.

Profesor Tarkowski, także jako pierwszy, wykorzystał wirus Sendai do fuzjowania komórek, co później stało się powszechną techniką w eksperymentach nad organizmami transgenicznymi. Ponadto opracował metodę badania chromosomów uzyskiwanych z zarodków przedimplantacyjnych (z blastomerów), która znalazła powszechne zastosowanie w przedimplantacyjnej diagnostyce prenatalnej. Jego imponujące dokonania naukowe stworzyły teoretyczne i praktyczne podstawy pod epokowe osiągnięcia biologii i medycyny XX wieku – zapłodnienie in vitro, zwierzęta transgeniczne, klonowanie, komórki macierzyste.

Profesor był członkiem Polskiej Akademii Nauk, Polskiej Akademii Umiejętności, Francuskiej Akademii Nauk, Academia Europaea, Amerykańskiej Akademii Nauk. Został doktorem honoris causa Uniwersytetu Jagiellońskiego i Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Był laureatem licznych prestiżowych nagród państwowych i międzynarodowych, między innymi Japan Prize, nagrody potocznie nazywanej „japońskim Noblem”. To wyróżnienie uzyskał w 2002 roku razem z dr Anne McLaren[3], a w obszernym uzasadnieniu przyznania nagrody można przeczytać: „Without the pioneering work of Drs. McLaren and Tarkowski, modern biomedical sciences could not have existed”.

Uczniowie profesora Tarkowskiego zajmują prestiżowe stanowiska naukowe na całym świecie.

Profesor Tarkowski kierował się w życiu maksymą Pliniusza Starszego: Nulla dies sine linea. Pasjonował się fotografowaniem przyrody, a jego wystawy „Impresje botaniczne”, „Drzewo i drewno”, „Ziemia, po której stąpamy” można było zobaczyć w całej Polsce.

Profesor Zofia Bielańska-Osuchowska (1919–2017) urodziła się w Krakowie. W 1937 roku rozpoczęła studia na Wydziale Filozoficznym Uniwersytetu Jagiellońskiego, które – przerwane z powodu wojny – kontynuowała na Uniwersytecie Warszawskim. Na tejże uczelni w 1952 roku obroniła pracę magisterską w Zakładzie Cytologii Zwierząt (pod kierunkiem profesora Zygmunta Kraczkiewicza), a w 1958 roku uzyskała doktorat na Wydziale Biologii i Nauk o Ziemi. Po studiach przez krótki okres pracowała na stanowisku asystentki w Katedrze Zoologii Uniwersytetu Pedagogicznego w Warszawie. W 1953 roku rozpoczęła pracę w Katedrze Histologii i Embriologii Wydziału Weterynarii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie i w tej placówce naukowo-dydaktycznej pracowała aż do osiągnięcia wieku emerytalnego w 1990 roku. Była także wykładowczynią na Akademii Rolniczej w Krakowie. Wykładała też embriologię na Wydziale Medycyny Weterynaryjnej Uniwersytetu w Mediolanie.

Rycina 1-11

Profesor Zofia Bielańska-Osuchowska (1919–2017) oraz strona tytułowa jej ostatniego dzieła.

Profesor Bielańska-Osuchowska zajmowała się różnymi problemami rozwoju zwierząt: ultrastrukturą i histochemią gonad świni w procesie rozwoju, procesem spermatogenezy u buhaja, a przede wszystkim budową mikroskopową i submikroskopową – na różnych etapach rozwoju – łożyska świni. Jest autorką podręcznika „Embriologia”, przeznaczonego głównie dla studentów i lekarzy weterynarii.

Profesor była imponująco aktywna naukowo w czasie swej długiej emerytury. W 2004 roku ukazał się Jej autorstwa „Zarys organogenezy”, bardzo nowoczesny podręcznik zawierający objaśnienia procesów rozwojowych na molekularnym poziomie. Opublikowała też kilka prac w „Postępach Biologii Komórki” (między innymi o komórkach grzebienia nerwowego, a już po 90. roku życia pracę na temat roli pozakomórkowych mikropęcherzyków w komunikacji międzykomórkowej). Jej ostatnie dzieło, poświęcone plemnikowi ssaka, nad którym pracowała przez kilka lat, ukazało się już po Jej śmierci, z pomocą redakcyjną Marka Tischnera.

Pełniła liczne funkcje: w latach 1964–1969 była prodziekanem ds. dydaktyki Wydziału Weterynaryjnego Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie, była prezesem Polskiego Towarzystwa Anatomicznego, wiceprezesem i członkiem honorowym Polskiego Towarzystwa Histochemików i Cytochemików, wyróżnionym godnością Bene Meritus, oraz wieloletnią przewodniczącą Fundacji Biologii Komórki. W 1994 roku otrzymała tytuł doktora honoris causa Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie.

Była spokrewniona z profesorem Emilem Godlewskim Jr.

2. Układ rozrodczy

Układ rozrodczy żeński

Układ rozrodczy żeński (rycina 2-1), inaczej zwany układem płciowym żeńskim, składa się z narządów rozrodczych wewnętrznych – leżących w jamie brzusznej – oraz zewnętrznych.

Do narządów rozrodczych wewnętrznych zalicza się:

- jajniki (gonady żeńskie),

- jajowody,

- macicę,

- pochwę,

a do zewnętrznych:

- przedsionek pochwy,

- wargi sromowe mniejsze,

- wargi sromowe większe,

- łechtaczkę,

- gruczoły przedsionkowe.

Narządy rozrodcze wewnętrzne

Jajniki

Jajnik (ovarium) jest narządem owalnym o wymiarach 3–5 cm długości, 1,5–4 cm szerokości i 0,5–1,5 cm grubości. Pokrywa go nabłonek jednowarstwowy sześcienny lub kostkowy. Jest to zmieniony nabłonek otrzewnowy, więc mylnie często nazywa się go nabłonkiem płciowym. Pod nabłonkiem znajduje się – analogicznie jak w gonadzie męskiej – łącznotkankowa błona biaława (tunica albuginea). Włókna tkanki łącznej i błony białawej wnikają do wnętrza jajnika, tworząc jego zrąb łącznotkankowy.

Rycina 2-1

Układ rozrodczy żeński.

Rycina 2-2

Ogólna budowa jajnika oraz pęcherzyki jajnikowe w różnych okresach rozwoju.

Jajnik dzieli się na część korową i rdzenną. W części rdzennej znajduje się sieć naczyń krwionośnych, dlatego warstwa ta zwana jest również częścią naczyniową (zona vasculosa). Obecne są w niej także liczne fibroblasty i włókna tkanki łącznej. W zrębie części korowej występują gęsto ułożone pęcherzyki jajnikowe oraz ciałka żółte, znajdujące się w różnych stadiach rozwojowych (rycina 2-2). Każdy pęcherzyk zawiera jedną komórkę jajową. Wyróżnia się następujące stadia rozwojowe pęcherzyka jajnikowego:

- pęcherzyk jajnikowy pierwotny (folliculus ovaricus primarius),

- pęcherzyk jajnikowy wzrastający (folliculus ovaricus secundarius), nazywany także pęcherzykiem preantralnym albo pęcherzykiem jajnikowym II,

- pęcherzyk jajnikowy dojrzewający (folliculus ovaricus tertius), nazywany także pęcherzykiem jajnikowym wzrastającym jamistym, pęcherzykiem antralnym lub pęcherzykiem jajnikowym III,

- pęcherzyk jajnikowy dojrzały (folliculus ovaricus maturus), nazywany także pęcherzykiem Graafa bądź pęcherzykiem przedowulacyjnym.

Określenie pęcherzyk jajnikowy zawiązkowy (folliculus ovaricus primordiales) dotyczy wczesnego stadium płodowego.

Gruczoł śródmiąższowy jajnika. W zrębie części rdzennej jajnika występują skupienia (lub sznury) komórek nabłonkowego charakteru, o wyraźnych cechach morfologicznych komórek gruczołowych. Są to komórki śródmiąższowe tworzące gruczoł śródmiąższowy jajnika. Pojawiają się one w jajniku tuż przed urodzeniem, a zanikają po menopauzie. Przypuszcza się, że odgrywają istotną rolę w wydzielaniu estrogenów potrzebnych do rozwoju drugorzędowych cech płciowych w okresie przed osiągnięciem dojrzałości płciowej. We wnęce jajnika mogą występować skupienia komórek wewnętrznych, zwane komórkami wnęki (wnękowymi). Są to także komórki gruczołowe. Ich liczba zwiększa się w czasie ciąży i na początku menopauzy. Przypuszcza się, że wydzielają one androgeny, gdyż ich przerost lub rozrost nowotworowy z reguły wywołuje maskulinizację.

Jajowody

Jajowód (tuba uterina) jest cewkowatym parzystym narządem, zawartym między okolicą jajnika a górnym kątem macicy, do którego uchodzi. U dojrzałej kobiety ma 10–12 cm długości i 6–8 mm średnicy. Dzieli się na 4 odcinki:

- lejek jajowodu,

- bańkę jajowodu,

- cieśń jajowodu,

- część maciczną.

Część obwodowa lejka ma liczne wypustki lub strzępki i otwiera się do jamy otrzewnej. Ściana jajowodu składa się z błon: śluzowej, mięśniowej i surowiczej.

Błona śluzowa lejka oraz bańki ma liczne pierwotne i wtórne fałdy tworzące labirynt. Powierzchnię błony śluzowej pokrywa nabłonek jednowarstwowy cylindryczny, z trzema typami komórek:

- migawkami na powierzchni, poruszającymi się w kierunku macicy,

- bez migawek, ale z licznymi mikrokosmkami na powierzchni oraz pęcherzykami wydzielniczymi w szczytowej części komórki (wydzielają glikoproteiny),

- komórkami przypodstawnymi.

Wysokość komórek nabłonka, a także stosunek komórek migawkowych do bezmigawkowych zmieniają się w cyklu miesiączkowym. W pierwszej połowie fazy pęcherzykowej nabłonek migawkowy jest wyższy aniżeli w drugiej połowie tej fazy. W fazie lutealnej zwiększa się liczba komórek bez migawek. W okresie ciąży nabłonek jest stosunkowo mały, więcej jest komórek przypodstawnych. Błona mięśniowa składa się z warstwy wewnętrznej okrężnej (stratum circulare) i warstwy podłużnej (stratum longitudinale). Warstwa mięśniowa zatraca swą ciągłość w bańce. W strzępkach jajowodu nie występuje lub widoczne są pojedyncze włókna mięśniowe gładkie. Skurcz warstwy mięśniowej ułatwia przesuwanie się komórki jajowej w kierunku macicy. Błona surowicza pokryta jest otrzewnowym nabłonkiem jednowarstwowym płaskim (mesothelium).

Macica

Macica (uterus) jest narządem nieparzystym, o grubej ścianie, kształtu gruszkowatego, o wymiarach 7 × 5 × 2,5 cm.

Składa się z 2 zasadniczych części:

- trzonu macicy oraz

- szyjki macicy.

Trzon stanowi ⅔ górnej części macicy, a szyjka ⅓ dolnej. Zaokrąglona górna część trzonu, powyżej ujść jajowodów, stanowi dno macicy. Na pograniczu trzonu i szyjki znajduje się cieśń macicy (o długości około 1 cm). Dolna część szyjki macicy objęta jest przez górną część pochwy i dzieli się odpowiednio na część nadpochwową i część pochwową.

W ścianie macicy wyróżnia się 3 warstwy:

- błonę śluzową (endometrium),

- błonę mięśniową (myometrium),

- błonę surowiczą – omacicze (perimetrium).

Tkanka łączna więzadła szerokiego macicy tworzy przymacicze (parametrium).

Błona śluzowa macicy (endometrium) (rycina 2-3) pokryta jest nabłonkiem jednowarstwowym cylindrycznym, pod którym znajduje się dość gruba błona śluzowa właściwa. Błona śluzowa ze względu na brak błony podstawnej łączy się bezpośrednio z błoną mięśniową. Błona śluzowa właściwa zawiera liczne fibroblasty oraz cewkowe gruczoły maciczne.

W fazie wydzielniczej cyklu miesiączkowego w endometrium wyróżnić można 3 warstwy:

- warstwę zbitą (stratum compactum), leżącą najbliżej światła narządu, zawierającą liczne komórki zrębu ułożone dookoła odcinków szyjek gruczołów,

- warstwę gąbczastą (stratum spongiosum), zawierającą poskręcane trzony gruczołów,

- warstwę podstawną (stratum basale), zawierającą ślepo zakończone odcinki gruczołów; warstwa ta nie podlega złuszczeniu w czasie miesiączki.

Warstwy zbita i gąbczasta stanowią warstwę czynnościową błony śluzowej macicy (stratum functionale) i złuszczają się w trakcie każdej miesiączki. Fibroblastyczne komórki zrębu endometrium w czasie ciąży przekształcają się w komórki doczesnowe (decidualne). W endometrium występują charakterystyczne tętnice spiralne. Tętnica maciczna dzieli się na 6–10 tętnic łukowatych, które w błonie mięśniowej tworzą promieniste rozgałęzienia w kierunku błony śluzowej. Od każdej tętnicy łukowatej może odchodzić 20 lub więcej tętnic promienistych, które dochodzą do warstwy czynnościowej błony śluzowej.

Rycina 2-3

Błona śluzowa macicy.

W warstwie czynnościowej endometrium nie ma naczyń limfatycznych, co – jak się przypuszcza – ma związek z tolerancją immunologiczną zarodka/płodu.

W szyjce i trzonie macicy występuje nabłonek jednowarstwowy cylindryczny, a w części pochwowej – nabłonek wielowarstwowy płaski. W szyjce macicy znajdują się rozgałęzione gruczoły pęcherzykowo-cewkowe. Błona śluzowa szyjki macicy ma dwa podłużne i liczne poprzeczne pofałdowania, zwane fałdami pierzastymi (plicae palmatae). Kanał szyjki macicy wypełniony jest śluzem. Właściwości fizyczne i chemiczne śluzu szyjkowego wykazują charakterystyczne zmiany w czasie cyklu miesiączkowego, co może służyć do określenia momentu owulacji.

Błona mięśniowa (myometrium) składa się z włókien mięśniowych gładkich ułożonych w 3 warstwy:

- wewnętrzną, podłużną (podnaczyniową),

- środkową, okrężną lub spiralną z licznymi naczyniami krwionośnymi żylnymi,

- zewnętrzną, okrężną lub podłużną (nadnaczyniową).

Pomiędzy włóknami mięśniowymi znajdują się liczne naczynia krwionośne. Komórki mięśniowe gładkie zmieniają swą wielkość w czasie cyklu miesiączkowego, ale szczególnym zmianom podlegają w okresie ciąży. Ich długość może dochodzić do 1 mm. Błona mięśniowa szyjki macicy zawiera mniej włókien mięśniowych w porównaniu z trzonem, natomiast ma dużo włókien kolagenowych i sprężystych. U ciężarnych ta warstwa kanału szyjki macicy znacznie się rozpulchnia, co ułatwia przechodzenie płodu w trakcie porodu. Mimo to ujście zewnętrzne szyjki macicy często pęka.

Błona surowicza (perimetrium) pokrywa większą część macicy, stanowiąc jej otrzewną. Wysłana jest mezotelialnym nabłonkiem jednowarstwowym płaskim. Pod nabłonkiem znajduje się cienki podkład tkanki łącznej z licznymi naczyniami krwionośnymi, limfatycznymi oraz nerwami.

Pochwa

Ściana pochwy (vagina) składa się z 3 warstw:

- błony śluzowej (tunica mucosa),

- błony mięśniowej (tunica muscularis),

- błony zewnętrznej, przydanki (tunica adventitia), błony włóknistej (tunica fibrosa).

Błona śluzowa tworzy liczne poprzeczne fałdy (rugae). Na jej powierzchni znajduje się nabłonek wielowarstwowy płaski, nierogowaciejący, złuszczający się. Składa się on z kilku–kilkudziesięciu pokładów komórek, które można podzielić na 3 warstwy: powierzchniową, pośrednią i komórek podstawnych.

Komórki warstwy powierzchniowej zawierają ziarnistości keratohialiny oraz w środku cyklu menstruacyjnego bardzo dużo glikogenu. Jest on źródłem kwasu mlekowego, który decyduje o kwaśnym pH środowiska pochwy.

Komórki nabłonka pochwy podlegają procesowi złuszczania, co zostało wykorzystane do wykonywania cytologicznych rozmazów pochwowych. Analiza obrazów cytologicznych posłużyła do opracowania indeksów, na podstawie których można określić fazę cyklu oraz pośrednio stężenie wydzielanych hormonów, a ponadto ustalić fazę owulacyjną czy wykryć komórki nowotworowe (co z kolei ma bardzo ważne znaczenie w profilaktyce nowotworowej) itp. Powierzchnia pochwy zwilżana jest przez śluz wydzielany przez gruczoły szyjki macicy. W błonie śluzowej pochwy nie ma gruczołów.

Błona mięśniowa zbudowana jest z mięśni gładkich o przebiegu okrężnym i podłużnym.

Na zewnątrz błony mięśniowej znajduje się błona włóknista (łącznotkankowa), mająca od wewnątrz liczne włókna sprężyste, a na zewnątrz warstwę luźnej tkanki łącznej, która łączy pochwę z narządami otaczającymi.

Narządy rozrodcze zewnętrzne

Wargi sromowe większe (labia majora pudendi). Są to fałdy skórne pokryte włosami. Zawierają liczne gruczoły łojowe i potowe, pojedyncze włókna mięśniowe gładkie oraz włókna mięśniowe poprzecznie prążkowane.

Wargi sromowe mniejsze (labia minora pudendi). Pokryte są one nabłonkiem wielowarstwowym płaskim. Zawierają luźną tkankę łączną oraz liczne naczynia krwionośne.

Łechtaczka (clitoris). Jest to narząd homologiczny względem ciał jamistych prącia. Zbudowany jest z dwóch ciał jamistych oraz słabo rozwiniętej żołędzi łechtaczki. Pokryty jest nabłonkiem wielowarstwowym płaskim, złuszczającym się, pod którym znajdują się liczne naczynia krwionośne oraz zakończenia nerwowe typu ciałka Meissnera, Vatera–Paciniego i kolby Krausego.

Przedsionek pochwy. Jest to przestrzeń ograniczona przez wargi sromowe. Zbudowana jest z błony śluzowej podobnej do błony śluzowej pochwy. Do przedsionka pochwy uchodzą parzyste gruczoły przedsionkowe mniejsze i większe. Gruczoły przedsionkowe mniejsze (glandulae vestibulares minores), zwane brzusznymi, zlokalizowane są przy łechtaczce i ujściu cewki moczowej. Gruczoły przedsionkowe większe (glandulae vestibulares majores), zwane gruczołami grzbietowymi (Bartholina), znajdują się w ścianie bocznej przedsionka pochwy. Odpowiadają one gruczołom opuszkowo-cewkowym męskim i – podobnie jak one – mają pęcherzykowo-cewkową budowę. Wydzielają śluz.

Błona dziewicza (hymen). Zbudowana jest z tkanki łącznej z naczyniami krwionośnymi. Błonę dziewiczą wyściela błona śluzowa o podobnej budowie jak w pochwie.

Układ rozrodczy męski

Męski układ rozrodczy (rycina 2-4), inaczej zwany układem płciowym męskim, składa się z narządów rozrodczych wewnętrznych i zewnętrznych.

Rycina 2-4

Układ rozrodczy męski.

Do narządów rozrodczych wewnętrznych zalicza się:

- jądra (gonady męskie),

- system przewodów wyprowadzających oraz

- gruczoły dodatkowe (pęcherzyki nasienne, gruczoł krokowy, gruczoł opuszkowo-cewkowy),

a do zewnętrznych:

- narząd kopulacyjny – prącie,

- cewkę moczową oraz

- mosznę.

Narządy rozrodcze wewnętrzne

Jądra

Jądro (testis) ma kształt jajowaty i wymiary: 3,7–5 cm długości oraz około 2,5 cm szerokości i grubości. Otoczone jest systemem osłonek, z których bezpośrednio do miąższu jądra przylega dość gruba łącznotkankowa torebka, zwana błoną białawą (tunica albuginea). Tylne zgrubienie i klinowate wpuklenie błony białawej do jądra nazywa się śródjądrzem (mediastinum testis). Tkanka łączna błony białawej oraz śródjądrza wraz z naczyniami krwionośnymi wnika do jądra, tworzy przegrody łącznotkankowe i dzieli je na płaciki. Płaciki jądra (lobuli testis), w liczbie około 300, mają kształt stożkowaty i podstawą są zwrócone do błony białawej. W płacikach tych znajdują się 1–3 kanaliki nasienne (tubuli seminiferi). Kanalik nasienny dzieli się na poskręcany odcinek leżący w części obwodowej płacika – kanalik kręty (tubulus contortus) i na część prostą – kanalik prosty (tubulus rectus). Kanaliki proste wnikają do śródjądrza, gdzie tworzą sieć jądra (rete testis). Kanalik kręty zbudowany jest z kilkunastowarstwowej błony własnej i wielowarstwowego nabłonka plemnikotwórczego.

W skład nabłonka plemnikotwórczego wchodzą komórki podporowe (podpórkowe), powszechnie zwane komórkami Sertolego, i komórki płciowe w różnych stadiach rozwojowych (rycina 2-5). U osobników dojrzałych płciowo wyróżnia się następujące kolejne stadia rozwojowe komórek płciowych:

- spermatogonie,

- spermatocyty I rzędu,

- spermatocyty II rzędu,

- spermatydy,

- plemniki.

Komórki podporowe ułożone są promieniście w kanalikach. Podstawa tych komórek opiera się na błonie podstawnej, a wierzchołek znajduje się w świetle kanalika. Mają one kształt zbliżony do stożka, a w ich części dolnej znajdują się liczne strefy zamykające. Powierzchnie boczna i szczytowa, do których przylegają komórki plemnikotwórcze, są pofałdowane i tworzą wypustki oraz wpuklenia.

Rycina 2-5

Nabłonek plemnikotwórczy.

Komórki podporowe spełniają liczne funkcje, a do najważniejszych należą:

- wydzielanie białka wiążącego androgen (ABP – androgen binding protein), inhibiny,

- wydzielanie innych białek, takich jak: czynniki wzrostu, białko wiążące retinol, białko wiążące metale oraz transferryna,

- podtrzymywanie i koordynacja procesu spermatogenetycznego,

- fagocytoza ciałek resztkowych z obumarłych plemników,

- udział w tworzeniu i funkcjonowaniu bariery krew–jądro.

Pomiędzy kanalikami krętymi znajdują się małe skupienia wielobocznych komórek – komórki śródmiąższowe jądra (glandulocytus testis), zwane także komórkami Leydiga. Tworzą one gruczoł śródmiąższowy jądra wydzielający testosteron.

Testosteron jest hormonem androgenicznym – kształtującym męskie cechy płciowe. W komórce Leydiga pod wpływem 5α-reduktazy przekształca się w dihydrotestosteron. Istnieją dwie populacje komórek Leydiga: płodowa i dorosła. Płodowe komórki Leydiga (poprzez testosteron) stymulują rozwój narządów płciowych męskich – kanaliki nasienne, najądrze, nasieniowód. Na przełomie życia prenatalnego i postnatalnego ulegają uwstecznieniu. W okresie pokwitania z prekursorowych komórek Leydiga powstaje populacja (generacja) dorosła (dojrzała). Czynność dorosłych komórek Leydiga zapoczątkowuje spermatocytogenezę, kształtuje somatyczne cechy męskie oraz odpowiada za „maskulinizację” mózgu.

Końcowym odcinkiem kanalików krętych są kanaliki proste, w których niewiele jest komórek plemnikotwórczych, a nabłonek zbudowany jest głównie z komórek podobnych do komórek podporowych.

Przewody wyprowadzające nasienie

Od sieci jądra odchodzą, w liczbie 20, przewodziki (kanaliki) odprowadzające jądra. Są one mocno poskręcane i – tworząc 10–15 piramid – wraz z tkanką łączną stanowią głowę najądrza (caput epididymidis). Każdy z przewodzików odprowadzających tworzy płaciki najądrza.

Przewodzik odprowadzający przechodzi w przewód najądrza (ductus epididymidis). Ma on długość około 5 mm i mocno poskręcany przebiega przez trzon (corpus) oraz ogon najądrza (cauda epididymidis). Przewód najądrza przechodzi w nasieniowód (ductus deferens).

Nasieniowód ma 2–3 mm średnicy i 45 cm długości. W odcinku końcowym rozszerza się, tworząc bańkę nasieniowodu, z którą łączą się pęcherzyki nasienne, i przechodzi w zwężający się z kolei przewód wytryskowy. Nasieniowód od najądrza, kierując się ku górze, łączy się na tylnej powierzchni jądra z siecią naczyń krwionośnych i nerwami, tworząc powrózek nasienny. Dalszy krótki odcinek dróg wyprowadzających nasienie stanowi przewód wytryskowy (ductus ejaculatorius).

Przewód wytryskowy ma 2 cm długości, przechodzi przez gruczoł krokowy i uchodzi na wzgórku nasiennym, otwierając się do części sterczowej cewki moczowej.

Przewodziki odprowadzające jądra wysłane są nierównym nabłonkiem, składającym się z naprzemiennie ułożonych kilku komórek sześciennych i cylindrycznych. W rezultacie światło przewodzika jest kształtu gwiazdkowatego. Na powierzchni jednych i drugich komórek występują bądź mikrokosmki, bądź migawki z ciałkami podstawowymi. Migawki ułatwiają przesuwanie plemników do przewodu najądrza. Nabłonek znajduje się na błonie podstawnej, a na zewnątrz błony występują ułożone okrężnie włókna mięśniowe gładkie. Ich liczba w dalszych odcinkach dróg wyprowadzających systematycznie się zwiększa. Ruch migawek komórek nabłonka oraz skurcze mięśni gładkich decydują o przesuwaniu plemników, gdyż ich ruchy własne są minimalne. Przewód najądrza wysłany jest nabłonkiem dwurzędowym lub wielorzędowym, w skład którego wchodzą wysokie komórki walcowate z nieruchomymi rzęskami – stereociliami – na powierzchni oraz sześcienne komórki podstawowe. Pomiędzy komórkami nabłonka pojawiają się pojedyncze migrujące limfocyty.

W ścianie przewodu najądrza występują ponadto cienka warstwa błony śluzowej właściwej i dobrze rozwinięta warstwa mięśniowa okrężna oraz włókna sprężyste tkanki łącznej.

Komórki nabłonkowe mają właściwości absorpcyjne i wydzielnicze. Około 90% płynu kanalikowego jest reabsorbowane, a środowisko, w którym zawieszone są plemniki, wzbogacone zostaje w glikoproteiny oraz glikolipidy i fosfolipidy syntetyzowane przez komórki nabłonkowe przewodu najądrza. Związki te, pokrywając główkę plemnika, odgrywają ważną rolę w procesie dojrzewania i przeżywania plemników.

Najądrze jest miejscem dojrzewania czynnościowego plemników. Komórki nabłonka wydzielają liczne substancje, które wywierają wpływ na ten proces. Należą do nich glikoproteidy, kwas sialowy, glicerofosfocholina, karbityna oraz hormony steroidowe.

Zdominowana przez włókna mięśniowe gruba ściana nasieniowodu zbudowana jest z błony śluzowej, błony mięśniowej i przydanki. Błona śluzowa jest pofałdowana i nadaje charakterystyczny gwiazdkowy kształt światłu nasieniowodu. Wysłana jest na początku nabłonkiem wielorzędowym (takim samym jak w przewodzie najądrza), który w dalszym odcinku traci stereocilia, komórki podstawowe i przekształca się w nabłonek cylindryczny. Błona mięśniowa ma 3 warstwy: podłużną, okrężną i podłużną. W przydance występują włókna sprężyste oraz pasma włókien mięśniowych gładkich, tworzących mięsień dźwigacz jądra (musculus cremaster).

Gruczoły dodatkowe

W skład gruczołów dodatkowych układu rozrodczego męskiego wchodzą:

- pęcherzyki nasienne,

- gruczoł krokowy,

- gruczoły opuszkowo-cewkowe.

Pęcherzyki nasienne (vesiculae seminales). Są to wydłużone woreczki, których ściana tworzy pęcherzykowate uwypuklenia do światła. Przylegają do tylnej ściany pęcherza moczowego. Ich ujścia wnikają do bańki nasieniowodu. Pofałdowana błona śluzowa wysłana jest gruczołowym nabłonkiem wielorzędowym, w skład którego wchodzą komórki cylindryczne bez rzęsek oraz komórki przypodstawne. Gęsta wydzielina nabłonka wchodzi w skład spermy. Zawiera białko, prostaglandyny oraz fruktozę. Czynność wydzielnicza pęcherzyków nasiennych regulowana jest przez testosteron.

Gruczoł krokowy, gruczoł sterczowy, stercz (prostata). Jest narządem gruczołowo-mięśniowym. Ma kształt kasztana, waży około 20 g. Przylega do dolnej części pęcherza moczowego i koncentrycznie otacza początkowy odcinek cewki moczowej. Zbudowany jest z 30–50 gruczołów pęcherzykowo-cewkowych, których przewody wyprowadzające (w liczbie 15–30) uchodzą do cewki moczowej w pobliżu wzgórka nasiennego. Odcinki wydzielnicze oraz przewody wyprowadzające wysłane są nabłonkiem jednowarstwowym cylindrycznym. W otaczającej tkance łącznej znajdują się bardzo liczne włókna mięśniowe gładkie. W świetle gruczołów, głównie u osób starszych, występują kamyki sterczowe. Są to złogi wydzieliny, z reguły ulegającej mineralizacji.

Cały narząd można podzielić na 4 strefy:

- przednią, niezawierającą gruczołów, zbudowaną wyłącznie z tkanki łącznej i mięśniowej,

- okołocewkową,

- środkową,

- obwodową, która zawiera 75% utkania gruczołowego.

Surowiczo-mleczna wydzielina gruczołu krokowego stanowi około 30% objętości ejakulatu. Zawiera liczne enzymy proteolityczne, wśród których najważniejszymi są: fosfataza kwaśna, swoisty (specyficzny) antygen gruczołu krokowego (PSA – prostate specific protein, T-semiproteina) i β-mikrosemiproteina (uprzednio nazywana β-inhibiną). PSA jest proteazą odpowiedzialną za proteolityczne rozpuszczanie żelu, powstającego bezpośrednio po ejakulacji. Czynność wydzielnicza gruczołu krokowego zależy od testosteronu. Występujący dość powszechnie wraz z wiekiem przerost tego gruczołu związany jest z przerostem tkanki mięśniowej. Nowotwory gruczołu krokowego, a głównie rak gruczołu krokowego, wywodzą się przede wszystkim ze strefy obwodowej narządu. Oznaczanie PSA jest prostym testem wskazującym na łagodny lub złośliwy przerost narządu.

Gruczoły opuszkowo-cewkowe (glandulae bulbourethrales). Są to dwa gruczoły wielkości grochu leżące w pobliżu opuszki cewki moczowej. Odcinki wydzielnicze mają budowę pęcherzykowo-cewkową, a ich przewody wyprowadzające, wysłane nabłonkiem jednowarstwowym cylindrycznym, uchodzą do części błoniastej lub gąbczastej cewki moczowej. Wydzielina gruczołów opuszkowo-cewkowych o charakterze śluzowym zawiera galaktozę, galaktozaminę, kwas sialowy, metylopentozę oraz kwas glukuronowy.

Narządy rozrodcze zewnętrzne

Prącie

Prącie (penis) jest długim narządem o walcowatym kształcie, zbudowanym z cewki moczowej, dwóch ciał jamistych prącia (corpora cavernosa penis) oraz ciała gąbczastego prącia (corpus spongiosum penis). Parzyste ciała jamiste prącia położone są grzbietowo i przebiegają od kości łonowej do przedniego odcinka prącia. Poniżej ciał jamistych prącia znajduje się ciało gąbczaste prącia, które jest ciałem jamistym obejmującym cewkę moczową. Cewka moczowa umiejscowiona jest w środku ciała gąbczastego. Znacznie zgrubiały koniec dalszy ciała gąbczastego prącia tworzy żołądź prącia (glans penis). Bliższy (tylny), mniej zgrubiały koniec ciała gąbczastego prącia stanowi opuszkę prącia (bulbus penis).

Prącie pokrywa cienka, sprężysta skóra bez tkanki podskórnej tłuszczowej. Zabarwienie skóry prącia jest nieco intensywniejsze od narządów sąsiednich.

Rycina 2-6

Stosunki naczyniowe w prąciu. a. W stanie zwiotczenia krew płynie do ciał jamistych przez tętnicę głęboką prącia (1). Naczynie to ma wewnętrzne poduszeczki, które regulują przepływ krwi. Prawie cała krew przechodzi bezpośrednio do połączenia tętniczo-żylnego (2), które w tym stanie jest rozszerzone i łączy się z żyłami odprowadzającymi (3). Minimalna ilość krwi płynie do ciała jamistego. Po przejściu przez błonę białawą (4) tętnica głęboka prącia dzieli się na dwie tętnice ślimakowate (5), które otwierają się do przestrzeni naczyniowych tkanki erekcyjnej (6), oraz na tętnicę odżywczą beleczek (7), która tworzy sieć naczyń włosowatych. Włośniczki łączą się w małe naczynia żylne (8), otwierające się do przestrzeni jamistych (naczyniowych) tkanki erekcyjnej. Z przestrzeni jamistych krew zbierana jest przez żyły, które także mają poduszeczki wewnętrzne (9). Żyły te przenikają błonę białawą jako żyły odprowadzające. b. W czasie wzwodu zwiększa się ilość krwi napływającej do tętnicy głębokiej prącia (1), dochodzi do skurczu naczyń połączenia tętniczo-żylnego (2) i więcej krwi znajduje się w dalszym odcinku tętnicy głębokiej prącia, która wnika do ciał jamistych. Tętnice ślimakowate (5) dostarczają dużo krwi do rozszerzonych przestrzeni naczyniowych tkanki erekcyjnej (6). Natomiast tętnica odżywcza beleczek (7) oraz połączenia żylne z przestrzeniami jamistymi (8) są zaciśnięte. Mimo istniejących poduszeczek odpływ krwi z ciał jamistych przez żyły (9) nie zostaje zmniejszony.

W części przedniej prącia podwójny fałd skóry tworzy napletek prącia (preputium penis). W skórze pokrywającej żołądź prącia znajdują się liczne zakończenia nerwowo-czuciowe (kolby Krausego, ciałka Vatera–Paciniego, ciałka genitalne). Pod skórą występuje tkanka łączna z licznymi włóknami kolagenowymi i sprężystymi, tworząca błonę białawą (tunica albuginea). Błona biaława otacza wszystkie trzy ciała jamiste.

W ciałach jamistych prącia błona biaława jest grubsza niż w ciele gąbczastym. Ciało jamiste przypomina pod względem struktury plaster miodu. Zbudowane jest z przestrzeni naczyniowych oddzielonych elementami tkanki łącznej w formie beleczek. Beleczki zbudowane są z tkanki łącznej i tkanki mięśniowej gładkiej oraz włókien sprężystych. Przestrzenie wysłane są śródbłonkiem naczyniowym.

Wzwód prącia (erekcja) polega na wypełnieniu krwią skomplikowanych przestrzeni naczyniowych tkanki erekcyjnej (rycina 2-6).

Wystąpienie wzwodu prącia zależy od wielu czynników. Ważną rolę odgrywa wzajemne oddziaływanie współczulnego i przywspółczulnego układu nerwowego.

Hemodynamiczne badania doświadczalne wykonane u człowieka wykazały, że krew napływa do przestrzeni jamistych prącia z szybkością 20–50 ml/minutę, a do wzwodu dochodzi bez postulowanego poprzednio mechanizmu zamykania światła naczyń żylnych. Aby krew wypełniła przestrzenie jamiste, niezbędne jest pobudzające działanie układu przywspółczulnego na układ tętniczo-żylny prącia. Z kolei do fazy zwiotczenia konieczne jest współistniejące pobudzenie współczulne, które wpływa na skurcz tętniczek.

Prawidłowy wzwód prącia jest niezbędny do zaplemnienia. Podczas stosunku płciowego nasienie, w wyniku wytrysku (ejaculatio), dostaje się do tylnego sklepienia pochwy.

3. Gametogeneza

Gametogenezą (z grec. gamete – żona, gametes – mąż) nazywamy proces powstawania oraz rozwoju specjalnej populacji komórek, które określamy gametami lub komórkami rozrodczymi.

Oogeneza

Pierwotne komórki płciowe (gonocyty) pojawiają się w zarodku ludzkim w ścianie pęcherzyka żółtkowego w okolicy omoczni. Stamtąd – dzięki zdolnościom do samoistnego ruchu – przesuwają się do jelita tylnego i dalej po krezce osiągają zawiązek niezróżnicowanej gonady. Wnikając do części korowej gonady, decydują o jej dalszym zróżnicowaniu się w jajnik.

Od tego umownego momentu gonocyty nazywane są oogoniami (oocytami, owocytami). Komórka jajowa zwana jest także niekiedy niezbyt poprawnie jajem. Jej nazwa angielska i łacińska to ovum. Między 8. a 30. tygodniem życia płodowego oogonie namnażają się zasadniczo przez podział mitotyczny, niemniej już około 10. tygodnia ciąży spostrzega się część oogonii, które przystępują do podziału mejotycznego.

Pod koniec okresu płodowego, a zdaniem niektórych autorów już w końcu pierwszego trymestru, oogonia rozpoczyna podział mejotyczny, przechodząc przez kolejne stadia profazy pierwszego podziału: od leptotenu, przez zygoten, pachyten i diploten. W diplotenie następuje zahamowanie podziału mejotycznego (ta wydłużona tym samym faza określana jest jako diktioten) i w tym stanie komórka – oocyt I rzędu – może pozostać aż do ostatniej owulacji w okresie przekwitania (czyli przetrwać nawet ponad 40 lat).

Dokończenie pierwszego podziału dojrzewania następuje dopiero tuż przed każdą owulacją. W trakcie cykli jajnikowych oocyt I rzędu wznawia swój podział mejotyczny, a efektem zakończenia pierwszego podziału dojrzewania jest oocyt II rzędu, który także zostaje zahamowany w podziale, tym razem w stadium metafazy II (drugiego podziału dojrzewania). W tej postaci zostaje uwolniony w czasie owulacji, a ewentualne kontynuowanie procesu podziału mejotycznego uzależnione jest od aktu zapłodnienia.

Mechanizm zahamowania podziału mejotycznego nie jest ostatecznie wyjaśniony. Przypuszcza się, że otaczające komórkę jajową komórki pęcherzykowe (ziarniste) wydzielają inhibitory białkowe OMI (oocyte maturation inhibitors) oraz cykliczny adenozynomonofosforan (cAMP), które hamują mejozę. Oocyt I rzędu znajduje się w pierwotnym pęcherzyku jajnikowym (rycina 2-2). Otoczony jest kilkoma komórkami zrębowymi części korowej jajnika, tworzącymi warstwę spłaszczonych komórek pęcherzykowych (ziarnistych). Komórki pęcherzykowe połączone są z oocytem I rzędu przez połączenia zwierające (typu adherens) oraz jonowo-metaboliczne (typu nexus). Średnica komórki jajowej wynosi około 40 µm, a średnica pęcherzyka – około 50 µm.

Noworodek w czasie narodzin ma w części korowej obu jajników 1–2 mln oocytów I rzędu w pierwotnych pęcherzykach jajnikowych. W wieku dziecięcym większość z nich zanika w procesie apoptozy. W okresie pokwitania w jajnikach znajduje się 20–400 tys. oocytów I rzędu. Z tej liczby 420–480 podlega procesowi różnicowania oraz dojrzewania i może ulec wydaleniu w cyklach owulacyjnych w ciągu kilkudziesięciu lat aktywności płciowej kobiety. Liczba owulowanych komórek jajnikowych jest zmienna. Według niektórych autorów jajnik kobiety około 20-letniej uwalnia 5 oocytów na rok, około 30-letniej – 10, około 40-letniej – 5, około 50-letniej – 0.

W czasie każdego cyklu jajnikowego dojrzewa w obu jajnikach 15–20 pęcherzyków jajnikowych i wszystkie, z wyjątkiem jednego (z którego uwolniona zostaje komórka jajowa), ulegają zanikowi. Po 35. roku życia w jajniku kobiety pierwotne pęcherzyki jajnikowe występują rzadko. Przed menopauzą ostateczna liczba oocytów wynosi około 1000.

Dalszy rozwój pęcherzyka jajnikowego polega na:

- kontynuowaniu podziału mejotycznego przez komórkę jajową,

- proliferacji komórek otaczających komórkę jajową,

- utworzeniu osłony przejrzystej (zona pellucida),

- wykształceniu się osłonki (torebki) pęcherzyka (theca folliculi).

Pęcherzyki jajnikowe wzrastające przesuwają się, w miarę różnicowania, w kierunku obwodu części korowej jajnika. Oocyt wytwarza osłonę przejrzystą, a pojedyncza dotychczas warstwa komórek otaczających komórkę jajową rozrasta się, tworząc warstwę ziarnistą (zona granulosa) złożoną z 6–12 warstw. Pomiędzy komórkami warstwy ziarnistej pojawiają się pojedyncze przestrzenie wypełnione płynem pęcherzykowym. Na zewnątrz niej powstaje dobrze unaczyniona łącznotkankowa osłonka pęcherzyka.

Osłona przejrzysta ma grubość 12–15 µm i składa się z glikoproteidów, z estrowo powiązanymi grupami siarczanowymi. Jest naturalną barierą komórki jajowej, pozwalającą na jej zapłodnienie jednym plemnikiem tego samego gatunku. Zawiera ligandy dla plemnika oraz molekuły sygnałowe wyzwalające reakcję akrosomalną. Po zapłodnieniu (wniknięciu plemnika) ulega fizykochemicznym przekształceniom uniemożliwiającym wnikanie kolejnym plemnikom. Jest barierą immunologiczną między matką a antygenowo różnym zarodkiem, gdyż w tym czasie z powodu braku leukocytów nie ma antygenów zgodności tkankowej. We wczesnym okresie bruzdkowania chroni blastomery przed ich rozpadnięciem się. Ponadto umożliwia różnicowanie się trofoblastu i zapobiega przedwczesnemu zagnieżdżaniu się zarodka w jajowodzie.

W pęcherzyku jajnikowym dojrzewającym warstwa ziarnista rozrasta się, a pojedyncze szczeliny między jej komórkami zlewają się, tworząc jamę pęcherzykową (antrum folliculare).

Pęcherzyk jajnikowy dojrzały (pęcherzyk Graafa) ma średnicę 15–25 mm. Średnica komórki jajowej (oocytu II rzędu) wynosi 120–135 µm. Komórka jajowa znajduje się w tzw. wzgórku jajonośnym (cumulus oophorus). W pęcherzyku jajnikowym dojrzałym wyróżnić można następujące warstwy (od komórki jajowej na zewnątrz):

- osłona przejrzysta,

- wieniec promienisty (corona radiata), utworzony przez kilka pokładów komórek warstwy ziarnistej,

- warstwa ziarnista,

- osłonka pęcherzyka.

Osłonka pęcherzyka oddzielona jest od warstwy ziarnistej błoną podstawną i składa się z dwóch warstw: wewnętrznej oraz zewnętrznej (theca folliculi interna et externa). W warstwie wewnętrznej znajdują się liczne komórki o właściwościach endokrynnych i naczynia krwionośne, w warstwie zewnętrznej komórek jest niewiele, a przeważają włókna kolagenowe i włókna mięśniowe gładkie. Komórki warstwy wewnętrznej syntetyzują androgeny, które są transportowane do komórek ziarnistych pęcherzyka. Te przekształcają androgeny w uwalniane do krwiobiegu estrogeny (estradiol, estriol i estrogen). Komórki ziarniste syntetyzują także inhibinę, która hamuje FSH.

Zanim powstanie w pełni dojrzały pęcherzyk jajnikowy, oocyt I rzędu, dotychczas zahamowany w stadium diplotenu (diktiotenu), ostatecznie kończy pierwszy podział mejotyczny i powstają oocyt II rzędu oraz pierwsze ciałko kierunkowe (corpusculum reductum I). Ciałko kierunkowe zostaje wydalone do przestrzeni znajdującej się między błoną komórkową oocytu a osłoną przejrzystą. Oocyt II rzędu przystępuje zaś do drugiego podziału mejotycznego, ale proces ten także zostaje zahamowany, tym razem w stadium metafazy. Ten etap podziału zachodzi już po owulacji, w jajowodzie, i zostaje zakończony tylko wtedy, gdy dochodzi do zapłodnienia. Wtedy też dzieli się samo ciałko kierunkowe (w efekcie powstają trzy ciałka kierunkowe).

Rycina 3-1

Schemat ultrastruktury komórki jajowej oraz jej błon otaczających.

Jądro oocytu II rzędu zawiera haploidalną liczbę 23 chromosomów.

Według klasycznego podziału komórek jajowych (jaj), który opiera się na zawartości deutoplazmy (żółtka), ludzka komórka jajowa należy do jaj oligoizolecytalnych (skąpa i równomiernie rozmieszczona zawartość żółtka).

Jąderko oocytu II rzędu przekształca się w ciałko zwarte, zawierające ziarnistości o niejednorodnej gęstości elektronowej. Otoczka jądrowa ma bardzo dużo okienek i przez złożone pofałdowania daje początek pierścieniowatym blaszkom, które są charakterystyczne dla oocytu II rzędu. Pod błoną komórkową (oolemą) znajduje się pokład ziaren korowych. Ziarna korowe powstają przy udziale aparatu Golgiego i zawierają kompleks enzymów hydrolitycznych. W cytoplazmie ponadto spostrzega się gładką i szorstką siateczkę śródplazmatyczną, mitochondria, lizosomy oraz elementy cytoszkieletu. Głównymi jego składnikami są aktyna i tubulina, a także mniej poznane ciałka, jak spektryna i winkulina. Liczne są także ciałka krystaliczne o nieznanej funkcji. Na powierzchni komórki występują gęsto ułożone, duże mikrokosmki, z których część przechodzi przez osłonę przejrzystą i łączy się z wypustkami komórek wieńca promienistego (rycina 3-1).

Czas życia komórki jajowej od momentu owulacji jest krótki – wynosi zaledwie 6–18 godzin.

Po owulacji (wydaleniu komórki jajowej wraz z całym wzgórkiem jajonośnym) pozostałość pęcherzyka jajnikowego dojrzałego przekształca się w bogato unaczynioną strukturę gruczołową. Jest nią ciałko żółte (corpus luteum) lub gruczoł żółtkowy.

Wyróżnia się:

- ciałko żółte miesiączkowe (corpus luteum menstruationis),

- ciałko żółte ciążowe (corpus luteum graviditatis),

- ciałko żółte laktacyjne (corpus luteum lactationis).

Proces przekształcania się struktur pęcherzykowych, które pozostały po uwolnieniu komórki jajowej w ciałko żółte rozpoczyna się od depolimeryzacji błony podstawnej, oddzielającej komórki ziarniste od komórek osłonki pęcherzyka. Błona podstawna fałduje się, staje się cieńsza i zanika. Pomiędzy komórki ziarniste wnikają liczne naczynia krwionośne. Komórki ziarniste przekształcają się w komórki luteinowe (luteinowe ziarniste) o średnicy 30–40 µm. Zawierają one luteinę, cerebrozydy, fosfolipidy, a także witaminy C i A. Wydzielają progesteron oraz relaksynę. Z kolei komórki warstwy wewnętrznej osłonki pęcherzyka przekształcają się w małe komórki paraluteinowe (komórki luteinowe osłonkowe) o średnicy 8–12 µm, które wydzielają estrogeny.

Jeżeli komórka jajowa nie zostaje zapłodniona, ciałko żółte przestaje wydzielać estrogeny oraz progesteron, stopniowo zanika i staje się ciałkiem białawym (corpus albicans). Całkowity zanik ciałka białawego trwa kilka miesięcy. W przypadku cyklu jajnikowego, w którym następuje zapłodnienie i zagnieżdżenie zapłodnionego jaja, ciałko żółte przekształca się w ciałko żółte ciążowe, które przez kilka miesięcy jest bardzo aktywne hormonalnie. W drugiej połowie ciąży jego aktywność spada, a po porodzie przekształca się ono w ciałko białawe, które może przetrwać nawet kilka lat.

W czasie pierwszego cyklu jajnikowego po porodzie powstaje ciałko żółte laktacyjne. Zanika ono po zakończeniu czynności gruczołu sutkowego (karmienia).

Cykl płciowy żeński

Od czasu osiągnięcia dojrzałości płciowej aż do okresu przekwitania w narządzie rozrodczym kobiety zachodzą zsynchronizowane cyklicznie zmiany morfologiczne i czynnościowe, które nazywamy cyklem rozrodczym lub płciowym.

Prawidłowy przebieg przemian, jakie zachodzą w jajniku i błonie śluzowej macicy oraz w wielu innych narządach, zależy od hormonów płciowych (rycina 3-2). Pozostające pod kontrolą kory mózgu podwzgórze wydziela czynnik uwalniający – RF (releasing factor) lub RH (releasing hormone), zwany także gonadoliberyną. Reguluje on wydzielanie hormonów gonadotropowych przez komórki części gruczołowej przysadki. Hormony gonadotropowe wpływają na dojrzewanie pęcherzyków jajnikowych, owulację, rozwój ciałka żółtego oraz wydzielanie estrogenów i progesteronu. Z kolei te ostatnie hormony sterują cyklem przemian w błonie śluzowej macicy.

FSH (hormon folikulotropowy, folitropina) wpływa na wzrost i dojrzewanie pęcherzyków jajnikowych oraz na wydzielanie estrogenów przez komórki warstwy wewnętrznej osłonki pęcherzyka.

LH (hormon luteinizujący, lutropina) wpływa na dojrzewanie pęcherzyków, doprowadza do pęknięcia dojrzałego pęcherzyka i uwolnienia oocytu (owulacji), jest odpowiedzialny za transformację – przekształcenie komórek ziarnistych w komórki luteinowe, komórek warstwy wewnętrznej osłonki pęcherzyka w komórki paraluteinowe ciałka żółtego oraz pobudza do wydzielania progesteronu i estrogenów.

LTH (hormon laktotropowy, prolaktyna) u niektórych zwierząt wpływa na wydzielanie ciałka żółtego oraz na rozpoczęcie laktacji, u człowieka wyzwala i podtrzymuje proces laktacji.

W cyklu rozrodczym (reprodukcyjnym; z łac. re – powtórzenie, producto – wytwarzać) można wyróżnić dwa nakładające się na siebie cykle (ryciny 3-5, 3-6):

- jajnikowy, który odbywa się w jajniku,

- miesiączkowy, zachodzący w ścisłej zależności od zmian w jajniku, w czasie którego przemianom podlega głównie część czynnościowa błony śluzowej macicy.

W cyklu jajnikowym wyróżnić można następujące stadia:

- stadium pęcherzykowe – 1.–14. dzień,

- jajeczkowanie (owulacja) – 14. dzień ± l,

- stadium lutealne – 14.–28. dzień.

Rycina 3-2

Zależności hormonalne w żeńskim cyklu płciowym (oś podwzgórzowo-przysadkowo-jajnikowa).

W cyklu miesiączkowym (menstruacyjnym) trwającym 28 dni (tyle, ile miesiąc księżycowy) wyróżnia się trzy stadia:

- stadium miesiączki (złuszczania) (stadium menstruationis vel desquamationis) – 1.–5. dzień,

- stadium wzrostu (stadium proliferationis) – 6.–14. dzień,

- stadium wydzielania (stadium secretionis) – 15.–28. dzień.

Cykl jajnikowy

Na cykl jajnikowy składają się procesy morfologiczne i czynnościowe związane z dojrzewaniem pęcherzyków jajnikowych, uwolnieniem komórki jajowej oraz powstawaniem ciałka żółtego. FSH pobudza do różnicowania kilka pęcherzyków jajnikowych, ale zwykle tylko jeden w pełni dojrzewa. Pęcherzyki pierwotne przekształcają się w pęcherzyki wzrastające, następnie dojrzewające i pęcherzyk dojrzały. Zmiany, jakie zachodzą w pęcherzykach, dotyczą wzrostu i różnicowania się oocytu, rozrostu i przerostu warstwy komórek ziarnistych, a także utworzenia osłony przejrzystej oraz dwuwarstwowej osłonki pęcherzyka. Wewnątrz pęcherzyka jajnikowego tworzy się jama pęcherzykowa (antrum folliculare) wypełniająca się płynem pęcherzykowym. Czas trwania tego okresu cyklu wynosi około 14 dni. Pod koniec fazy pęcherzykowej, 14. dnia (± l dzień), w wyniku złożonego współdziałania trzech hormonów (FSH, LH, estrogenów) dochodzi do owulacji. Na początku fazy pęcherzykowej wydzielanie niewielkiej ilości estrogenów powoduje uwolnienie FSH, który pobudza z kolei wydzielanie estrogenów, tak że zarówno jego stężenie, jak i estrogenów stale się zwiększa. Duże stężenie estrogenów, na zasadzie ujemnego sprzężenia, hamuje wydzielanie FSH. Gdy stężenie estrogenów osiąga najwyższą wartość, w środku cyklu, wydzielanie LH jest większe niż FSH. W ten sposób LH bezpośrednio wyzwala owulację (rycina 3-3).

LH i FSH uruchamiają kaskadę procesów morfologicznych w zbliżającym się do owulacji pęcherzyku. Można wyróżnić co najmniej 4 mechanizmy:

- procesy proteolityczne,

- rozluźniające działanie glikozaminoglikanów,

- aktywność skurczową mięśnia gładkiego oraz

- angiogenezę.

Procesy proteolityczne. LH działa przez układ cAMP–kinaza A. Komórki ziarniste i osłonowe wydzielają duże ilości aktywatora plazminogenu, który gromadzi się w płynie pęcherzykowym. Pod wpływem kinazy A z plazminogenu powstaje inna hydrolaza – plazmina. Oba te enzymy uruchamiają nieczynną dotychczas kolagenazę, która rozkładając kolagen substancji międzykomórkowej, osłabia ścianę pęcherzyka jajnikowego i ułatwia jego pęknięcie. Działanie kolagenazy stymulują także prostaglandyny (PGE i PGF), których stężenie zwiększa się w miarę wzrostu stężenia LH.

Rycina 3-3

Zachowanie się hormonów gonadotropowych, estrogenu i progesteronu w cyklu płciowym.

Rycina 3-4

Mechanizm owulacji. LH wpływa na zwiększenie stężenia cAMP, który pośredniczy w luteinizacji i we wznowieniu mejozy. Działa na miejscowe inhibitory: inhibitor luteinizacji (IL) i inhibitor dojrzewania oocytu (IDO). Zwiększenie stężenia progesteronu pobudza aktywność enzymów proteolitycznych. Prostaglandyny (PG) pobudzają plazminę i kolagenazę do trawienia ściany pęcherzyka, a także wpływają stymulująco na skurcze miocytów gładkich w osłonce pęcherzyka, wspomagając w ten sposób wydalenie oocytu. W środku cyklu jajnikowego FSH pobudza wydzielanie aktywatora plazminogenu i rozluźnienie się pęcherzyka. Pojawiające się naczynia krwionośne dostarczają niezbędnych składników komórkom luteinowym (cholesterol LDL). a. Pęcherzyk jajnikowy dojrzały przed pęknięciem. b. Pęcherzyk w trakcie wydalania komórki jajowej.

Rozluźniające działanie glikozaminoglikanów. Dookoła oocytu oraz w samym płynie pęcherzykowym pod wpływem FSH i LH zwiększa się stężenie kwasu hialuronowego oraz innych glikozaminoglikanów, które powodują, że pęcherzyk się rozluźnia i następuje stopniowe oddzielenie wzgórka jajonośnego od warstwy ziarnistej, co ułatwia wyrzucenie komórki jajowej z otaczającymi strukturami w momencie owulacji.

Aktywność skurczowa mięśnia gładkiego. Prostaglandyny pobudzają miocyty gładkie osłonki pęcherzyka do skurczów, wspomagając mechanizm uwalniania oocytu. Funkcję modelującą spełniają dodatkowo histamina i bradykinina.

Angiogeneza. Pęcherzyk jajnikowy dojrzały przed pęknięciem nie zawiera naczyń krwionośnych. Pod wpływem reniny, angiotensyny II, transformującego czynnika wzrostu β (TGFβ), cytokiny, interleukiny 1, w czasie owulacji i zaraz po niej, pojawiają się drobne naczynia i krew w jamie pęcherzykowej. Naczynia krwionośne są ważne dla przyszłego kształtowania się ciałka żółtego, dostarczają bowiem przekształcającym się komórkom luteinowym lipoprotein (LDL) i innych związków.

Owulacja trwa od około minuty do kilku minut. Schemat tego procesu przedstawia rycina 3-4. Dojrzały pęcherzyk jajnikowy przesuwa się ku obwodowi jajnika, osłonka pęcherzyka zrasta się z błoną białawą i wytwarza się tzw. znamię pęcherzyka (stigma). W tym miejscu następuje wydalanie (uwolnienie) komórki jajowej do jamy otrzewnej.

Komórka jajowa (oocyt II rzędu) opuszcza pęcherzyk jajnikowy otoczona osłoną przejrzystą oraz jedną warstwą lub kilkoma warstwami komórek ziarnistych tworzących wieniec promienisty (corona radiata). Następnie z jamy otrzewnej, na skutek aktywnego działania strzępków jajowodu, dostaje się do światła jajowodu. Owulacji towarzyszą niekiedy bóle podbrzusza (ból śródmiesiączkowy). Występuje ona najczęściej 1–2 dni przed wzrostem temperatury ciała lub też dokładnie w tym samym dniu. Rzadziej do jajeczkowania dochodzi 3–4 dni przed wzrostem temperatury, a bardzo rzadko dopiero 2 dni po jej podwyższeniu. Podwyższenie temperatury ciała o 0,2–0,6°C tłumaczy się wpływem zwiększonego stężenia progesteronu na podwzgórze. Stężenie progesteronu w fazie owulacyjnej wynosi 0,5–6 ng/ml. Utrzymywanie się podwyższonej temperatury ciała po owulacji może świadczyć o ciąży. Tuż przed owulacją oocyt I rzędu dzieli się na oocyt II rzędu i pierwsze ciałko kierunkowe. Każda z tych komórek zawiera jeden chromosom X. Oocyt II rzędu przystępuje do drugiego podziału mejotycznego i zatrzymuje się w stadium metafazy. Podział ten jest kontynuowany tylko wtedy, gdy następuje zapłodnienie.

Po jajeczkowaniu osłonka pęcherzyka oraz warstwa ziarnista zapadają się, fałdują i pod wpływem LH powstaje gruczoł – ciałko żółte (corpus luteum). Okres powstawania, różnicowania się i wydzielania ciałka żółtego, od 14. do 28. dnia, to stadium ciałka żółtego – stadium lutealne. Jest ono bardziej stabilne pod względem czasu trwania od stadium pęcherzykowego.

W prawidłowym, 28-dniowym cyklu miesiączkowym owulacja przypada na 14. dzień. Przy wydłużonym cyklu, np. 30-dniowym, owulacja może nastąpić 16. dnia, a przy skróconym, 26-dniowym, 12. dnia cyklu. Są to jednak wyliczenia teoretyczne. Owulacja może bowiem wystąpić w każdym okresie cyklu miesiączkowego.

Komórki ziarniste przekształcają się i rozrastają w wieloboczne komórki luteinowe (luteinowe ziarniste), zawierające żółty barwnik, a komórki warstwy wewnętrznej osłonki pęcherzyka w komórki paraluteinowe (luteinowe osłonkowe). Komórki luteinowe wydzielają progesteron, prostaglandynę oraz relaksynę, natomiast komórki paraluteinowe – estrogeny. Dalsze zachowanie się ciałka żółtego uzależnione jest od losów komórki jajowej.

Jeżeli komórka jajowa nie zostaje zapłodniona, ciałko żółte po 10–12 dniach zaczyna zanikać (luteoliza) i przekształca się w ciałko żółte miesiączkowe (corpus luteum menstruationis), a następnie w bliznowatą strukturę resztkową – ciałko białawe (corpus albicans). Jeżeli natomiast dochodzi do zapłodnienia, ciałko żółte rozrasta się i tworzy ciałko żółte ciążowe (corpus luteum graviditatis).

Wydzielana przez syncytiotrofoblast gonadotropina kosmówkowa stymuluje czynność ciałka żółtego i tym samym podtrzymuje ciążę aż do czasu przejęcia czynności hormonalnej przez łożysko. W końcu 3. miesiąca ciąży ciałko żółte ciążowe jest dużym gruczołem o średnicy do 5 cm i może osiągać nawet 1/3–1/2 wielkości całego jajnika. Do końca 4. miesiąca ciąży wydziela progesteron i po tym okresie stopniowo zanika. Funkcję hormonalną ciałka żółtego przejmuje łożysko. Usunięcie ciałka żółtego ciążowego przed 4. miesiącem z reguły kończy się poronieniem. W jajniku występuje dość duża liczba ciałek jajnikowych, które przystąpiły do cyklu dojrzewania, ale z niewiadomych przyczyn zahamowane zostały w dalszym swym rozwoju, zaczęły się uwsteczniać i ostatecznie utworzyły ciałka zanikowe (corpora atretica).

Cykl miesiączkowy

Cyklem miesiączkowym (menstruacyjnym, miesięcznym) nazywamy zmiany zachodzące w części czynnościowej błony śluzowej trzonu macicy pod wpływem hormonów jajnikowych – estrogenów i progesteronu (ryciny 3-5, 3-6). Przeciętny czas trwania cyklu wynosi 28 dni. Krwawienie miesięczne (miesiączka, menstruacja) jest najbardziej uzewnętrzniającą się fazą cyklu. Pierwsza miesiączka – menarche (z grec. men – miesiąc, arche – początek) występuje w 12.–14. roku życia. Zakończenie przemian cyklicznych i utrata zdolności reprodukcyjnej (klimakterium) przypada na 47.–52. rok życia kobiety.

Wystąpienie pierwszej miesiączki zależy od wielu czynników, takich jak: rasa, położenie geograficzne, poziom rozwoju cywilizacyjnego i inne. Na podstawie badań 30 tys. cykli miesięcznych u kobiet między 15. a 39. rokiem życia ustalono, że przeciętny czas trwania cyklu wynosi 29 ± 7,46 dnia (Weiss). Przyjmując za początek pierwszy dzień krwawienia miesiączkowego, w ciągu 28 dni obserwuje się następujące przemiany cykliczne w endometrium.

Faza miesiączki, złuszczania (stadium menstruationis), 1.–5. dnia cyklu, charakteryzuje się złuszczaniem warstwy czynnościowej błony śluzowej trzonu macicy, która wraz z niekrzepnącą krwią tętniczą i żylną, w ilości 35–70 ml, dostaje się do jamy macicy, a następnie wydalona zostaje na zewnątrz.

Pod koniec miesiączki grubość części czynnościowej błony śluzowej macicy wynosi około 0,5 mm.

Rycina 3-5

Zmiany zachodzące w błonie śluzowej macicy w przypadku owulacji bez zapłodnienia.

Rycina 3-6

Zmiany zachodzące w błonie śluzowej macicy w przypadku owulacji zakończonej zapłodnieniem.

Wystąpienie fazy miesiączki (krwawienia miesiączkowego) zależy od wielu czynników, takich jak:

- stężenie hormonów przysadkowych i jajnikowych,

- reagowanie endometrium na bodźce hormonalne,

- aktywność autonomicznego układu nerwowego,

- zmiany naczyniowe,

- czynniki enzymatyczne,

- odżywianie, niedobór witamin (głównie deficyt witaminy B),

- czynniki emocjonalne.

Bezpośrednią przyczyną intensywnego złuszczania się błony śluzowej jest nagły rozkurcz tętnic spiralnych. Wypełnione krwią naczynia pękają i tworzą się liczne drobne wylewy w błonie śluzowej, która podlega zmianom martwiczym. Do wystąpienia miesiączki owulacja nie jest konieczna.

Faza wzrostu (stadium proliferationis) lub faza pęcherzykowa, 6.–14. dzień, nakłada się w czasie na stadium wzrostu i dojrzewania pęcherzyka jajnikowego. Pod wpływem estrogenów następuje odnowa złuszczonej błony śluzowej. Z dna gruczołów macicznych wywędrowują komórki, które pokrywają powierzchnię błony śluzowej. Błona śluzowa, która na początku fazy ma około 0,5 mm grubości, w wyniku działania estrogenów i wzmożonych podziałów komórkowych grubieje dwu-, trzykrotnie. Zwiększają się liczba, długość i średnica gruczołów, przybywa naczyń krwionośnych. Tętnice spiralne się wydłużają, ale nie osiągają powierzchni nabłonka błony śluzowej macicy. Rośnie liczba komórek i włókien tkanki łącznej. W końcu tej fazy występuje owulacja.

Faza wydzielania (stadium secretionis), 15.–28. dzień, przebiega w tym czasie co stadium lutealne. Pod wpływem progesteronu błona śluzowa macicy ulega dalszemu pogrubieniu. Gruczoły powiększają się, skręcają spiralnie, a nabłonek gruczołowy wydziela obficie substancje odżywcze.

Komórki nabłonka gruczołowego zawierają liczne skupienia ziarnistości glikogenu, dużo jest go także w nabłonku powierzchniowym błony śluzowej trzonu macicy.

Tętnice spiralne powiększają się, skręcają i docierają do warstwy zbitej. Z naczyń włosowatych przenika płyn surowiczy, który gromadzi się między komórkami tkanki łącznej, przyczyniając się do znacznego rozpulchnienia błony śluzowej. Wśród komórek zrębu błony śluzowej pojawiają się komórki tuczne, leukocyty oraz limfocyty. Fibroblasty przekształcają się w kuliste komórki wypełnione ziarnistościami glikogenu i tłuszczu.

Tak przekształcone fibroblasty nazywa się komórkami doczesnowymi (cellulae deciduales), a cały proces przemian błony śluzowej macicy – reakcją doczesnową. Reakcję tę można porównać z reakcją zapalną (obrzęk, przekrwienie). W komórkach doczesnowych znajduje się dużo lizosomów oraz występuje wysoka aktywność fosfatazy kwaśnej i b-glukuronidazy. Właściwa transformacja doczesnowa występuje dopiero wtedy, kiedy dochodzi do zapłodnienia i zagnieżdżenia, co ma miejsce około 20. dnia. Dlatego w cyklu bez zapłodnienia przemiany w błonie śluzowej nazywane są reakcją paradoczesnową (paradecidualną).

W końcu tej fazy grubość warstwy czynnościowej endometrium może osiągnąć nawet 10 mm.

Pod koniec fazy wydzielania, w wyniku zmniejszenia się stężenia estrogenów i progesteronu, następuje obkurczanie ściany tętnic spiralnych, co powoduje niedokrwienie warstwy czynnościowej endometrium. Ten 1- lub 2-dniowy okres niedokrwienia nazywa się niekiedy fazą niedokrwienia (stadium ischemicum). Nagły rozkurcz tętnic spiralnych zapoczątkowuje fazę miesiączki.

Po ciąży cykle jajnikowy i miesiączkowy, jeżeli kobieta nie karmi piersią, powracają do swej normy po 6–10 tygodniach. Karmienie piersią możliwe jest przy prawidłowym wydzielaniu LTH, a hormon ten działa hamująco na owulację. Obserwację tę poczyniono dawno, kiedy nie znano hormonów, a karmienie piersią zapobiegało kolejnej ciąży.

W okresie menopauzy (klimakterium) cykle miesięczne stają się nieregularne i stopniowo ustają. Błona śluzowa macicy ulega zanikowi. Zmianom zanikowym podlega także błona mięśniowa macicy.

W cyklu płciowym zmiany zachodzą także w błonie śluzowej szyjki macicy. Pod wpływem zmniejszających się stężeń estrogenów i progesteronu komórki nabłonka wyścielającego gruczoły szyjki macicy zmieniają swój kształt. Zmieniają się także ilość i jakość śluzu szyjkowego. Gromadzi się on w postaci galaretowatej substancji, która tworzy czop uszczelniający kanał szyjki macicy. W procesie wydzielania śluzu szyjkowego niekiedy dochodzi do zaczopowania odcinków wydzielniczych. Odkładająca się w odcinku wydzielniczym gruczołu wydzielina tworzy torbiele (cysty Nabotha). W fazie przedowulacyjnej, na skutek działania dużych stężeń estrogenów, śluz zawiera dużo wody i chlorków, jest elastyczny oraz mało lepki. Jego ciągliwość (do 6 cm) przed owulacją wykorzystywana jest jako jeden ze sposobów oznaczania dnia owulacji w cyklu. Podobnie wykorzystuje się inną właściwość śluzu, która polega na utworzeniu przez wysuszony śluz, na szkiełku podstawowym, wykrystalizowanego układu w formie liści paproci. To zjawisko występuje w fazie owulacyjnej i zostało nazwane testem Somambaya. Błona śluzowa szyjki macicy nie podlega procesowi złuszczania w cyklu miesiączkowym.

Cyklicznym zmianom w przebiegu cyklu płciowego podlegają również komórki nabłonka wielowarstwowego płaskiego, nierogowaciejącego pochwy. Pod wpływem hormonów jajnikowych zmieniają się: indeks mitotyczny komórek, grubość warstw nabłonka, kurczliwość cytoplazmy, zawartość glikogenu, stopień złuszczania się komórki. Te zjawiska wykorzystywano kiedyś w endokrynologii ginekologicznej do ustalania wydolności hormonalnej jajników, określania jajeczkowania bądź ustalania tzw. cykli bezowulacyjnych itp. W celu oceny rozmazów komórkowych opracowano tzw. indeksy dojrzewania komórek, kariopyknozy, eozynofilii, zwijania komórek, grupowania się komórek oraz powstawania komórek łódkowatych. Podczas oceny rozmazów pochwowych można także wykryć komórki nowotworowe, co ma bardzo ważne znaczenie z punktu widzenia profilaktyki nowotworowej. Obecnie diagnostykę cytohormonalną zastępuje biochemiczne oznaczanie stężenia hormonów płciowych.

W przebiegu cyklu miesiączkowego, głównie przed miesiączką, dochodzi do wielu innych zmian w organizmie kobiety. Wskutek obrzęku pozakomórkowego może się zwiększyć masa ciała, nawet o kilka kilogramów. Zwiększają się wrażliwość skurczowa i napięcie mięśni. Dochodzi do przekrwienia narządów w miednicy mniejszej oraz większa jest „łamliwość” naczyń (łatwo więc przy drobnych nawet urazach o wynaczynienia). Występują bóle gruczołów sutkowych (mastalgia). Wzrasta ogólne napięcie emocjonalne, zmienia się psychika kobiety. Opisane wyżej objawy nazywa się zespołem napięcia przedmiesiączkowego.

Spermatogeneza

Pierwotne komórki płciowe – gonocyty – w życiu płodowym dzielą się wielokrotnie i ostatecznie w formie uśpionej umiejscawiają się pomiędzy komórkami podporowymi kanalika nasiennego. Światło kanalika aż do około 7. roku życia jest zamknięte. W okresie dojrzewania płciowego gonocyty dzielą się i przekształcają, co prowadzi do wytworzenia plemników. Proces ten nazywa się spermatogenezą. Obejmuje ona dwa etapy: spermatocytogenezę (rycina 3-7), w wyniku której dochodzi do zredukowania o połowę liczby chromosomów, i spermiogenezę, w następstwie której spermatyda przekształca się w komórkę o specyficznym kształcie – plemnik.

Wyróżnia się następujące postacie komórek cyklu spermatogenicznego: spermatogonie, spermatocyty I rzędu, spermatocyty II rzędu, spermatydy, plemniki.

Spermatogonie są to kuliste komórki o średnicy 9–15 µm, z dużym jądrem bogatym w chromatynę oraz niewielkim rąbkiem cytoplazmy z pojedynczymi mitochondriami i innymi organellami komórkowymi. Połączone są mostkami cytoplazmatycznymi i dzięki temu dzielą się synchronicznie. W wyniku 6 podziałów mitotycznych powstają 64 komórki. Wyróżnia się spermatogonie A i B. Spermatogonie A dzielą się na spermatogonie ciemne (dark) – Ad i spermatogonie jasne (pale) – Ap.

Spermatogonie Ad stanowią rezerwę dla rozplemu następnych pokoleń komórek (komórki macierzyste), a spermatogonie Ap, dzieląc się kilkakrotnie mitotycznie, tworzą spermatogonie B. Spermatogonie B przesuwają się ku światłu kanalika nasiennego, wzrastają i przekształcają się w spermatocyty I rzędu. Są to komórki duże, o średnicy 25 µm, z owalnym jądrem i bogate w organelle komórkowe.

Rycina 3-7

Schemat spermatogenezy.

Spermatocyty I rzędu przystępują do podziału mejotycznego. Mejoza składa się z dwóch kolejnych podziałów, które prowadzą do redukcji liczby chromosomów do połowy. Po pierwszym podziale redukcyjnym ze spermatocytu I rzędu powstają dwa spermatocyty II rzędu. Są to małe komórki z haploidalną liczbą chromosomów, bardzo szybko przystępujące do drugiego podziału mejotycznego (podział wyrównawczy, ekwacyjny). Ostatecznie z komórek tych powstają 4 spermatydy monowalentne (1 n).

W procesie spermiogenezy (rycina 3-8) spermatyda przekształca się w plemnik. Zmianom podlegają zarówno jądro komórkowe, jak i cytoplazma. Proces spermiogenezy można podzielić na 4 okresy (stadia):

- stadium Golgiego,

- stadium czapeczki,

- stadium akrosomalne,

- stadium dojrzewania.

Jądro przesuwa się do bieguna komórki, spłaszcza się i wydłuża oraz zmniejsza swą objętość. Chromosomy ulegają kondensacji, chromatyna tworzy zbite, równolegle ułożone blaszki. Zanikają pory jądrowe. Nadmiar otoczki jądrowej zwija się w fałd. Aparat Golgiego przesuwa się na zewnątrz bieguna jądra. W pęcherzykach diktiosomów pojawiają się początkowo pojedyncze ziarenka, które stopniowo zlewają się w ziarno akrosomalne. Przekształca się ono w pęcherzyk akrosomalny, który w formie czapeczki akrosomalnej nasadzony jest na jądro. Centriola się dzieli. Centriola bliższa pozostaje przy jądrze, a dalsza odsuwa się, przekształca we włókno osiowe witki i na końcu wstawki tworzy pierścień dalszy. Mitochondria wydłużają się i w obrębie wstawki wytwarzają osłonkę mitochondrialną.

Plemnik ma niewiele cytoplazmy. Jej nadmiar zostaje usunięty w formie ciałek resztkowych w procesie, który nazywa się spermiacją.

Cykl spermatogenezy u człowieka trwa około 74 dni. W przypadku poszczególnych komórek wynosi:

- spermatogonie Ap – około 18 dni,

- spermatogonie B – około 9 dni,

- spermatocyty I rzędu – około 23 dni,

- spermatocyty II rzędu – około 1 dnia,

- spermatydy – około 23 dni[4].

Przeciętny czas, jaki potrzebny jest plemnikowi na przebycie drogi od światła kanalika nasiennego, przez system przewodów wyprowadzających, do ejakulacji wynosi średnio 12 dni (najkrócej l doba, najdłużej 21 dni).

Rycina 3-8

Przekształcanie się spermatydy w plemnik (spermiogeneza).

Według Ralpha L. Brinstera z jednej komórki macierzystej linii spermatogenetycznej szczura może teoretycznie powstać 4096 plemników. Ostateczna ich liczba jest jednak mniejsza, gdyż wskutek apoptozy ginie 25–50% komórek.

Budowa plemnika

Plemnik (spermatozoon) jest specyficzną pod względem budowy komórką (rycina 3-9). Ma około 60 µm długości i składa się z główki, krótkiej szyjki oraz witki. Witka dzieli się na wstawkę, część główną (odcinek główny) i odcinek końcowy.

Główka plemnika ma kształt spłaszczonej gruszki o wymiarach: 4,5 µm długości i 2,5–3,5 µm szerokości. Zawiera skondensowane jądro w formie chromatyny jądrowej o jednorodnej gęstości elektronowej. Drugim składnikiem główki jest akrosom. Pokrywa on 2/3 przedniej powierzchni jądra i występuje w formie spłaszczonej czapeczki akrosomalnej. Czapeczka akrosomalna składa się z dwóch błon akrosomalnych – zewnętrznej, leżącej blisko błony komórkowej, i wewnętrznej. W błonie zewnętrznej akrosomu znajduje się galaktozylotransferaza, a w błonie wewnętrznej – akrozyna, fosfataza kwaśna, hialuronidaza oraz neuraminidaza. W górnej części główki otoczka jądrowa jest ciągła i ściśle przylega do skondensowanej chromatyny jądrowej. W dolnej części główki otoczka jądrowa jest porowata i pokrywa płytki dołek implantacyjny, tj. miejsce, w którym główka łączy się z ogonem plemnika.

Szyjka łączy główkę ze wstawką. Zawiera dość dużo cytoplazmy i jest pozostałością centrioli. Jedna centriola przekształca się w aksonemę witki, z typowym dla rzęsek układem podwójnych mikrotubul „dwie plus dziewięć”. Wstawka znajduje się między szyjką a pierścieniem dalszym. Ma 5–7 µm długości i 1 µm grubości. W środku zawiera włókno osiowe, które składa się z 9 par mikrotubul ułożonych obwodowo i jednej pary zlokalizowanej centralnie. Na zewnątrz każdej pary mikrotubul obwodowych leży włókno grube. Średnica włókna osiowego maleje wzdłuż witki. We wstawce pomiędzy błoną komórkową a włóknami grubymi znajduje się osłonka (pochewka) mitochondrialna ze spiralnie, gęsto ułożonymi, licznymi mitochondriami. Odcinek główny witki, o długości 4–5 µm i grubości 1 µm, zawarty jest pomiędzy pierścieniem dalszym a odcinkiem końcowym witki. Składa się z włókna osiowego i włókien grubych, na zewnątrz których znajduje się okrężna osłonka włóknista. Odcinek końcowy witki, o długości 5–7 µm i grubości 0,1 µm, zbudowany jest z odcinków końcowych podwójnych mikrotubul otoczonych błoną komórkową. Zarówno akrosom, jak i witka plemnika zawierają liczne białka cytoszkieletu. W akrosomie występują niespolimeryzowana aktyna (α-spektryna) oraz wimentyna, a w witce – miozyna i tubulina.

Rycina 3-9

Schemat plemnika uwzględniający jego budowę submikroskopową.

Główka plemnika zawiera informację genetyczną przekazywaną następnemu pokoleniu, wstawka stanowi swoiste centrum energetyczne. Energia potrzebna główce do ruchu plemnika dostarczana jest z licznych mitochondriów umiejscowionych we wstawce. Witka dzięki swoistym białkom kurczliwym, między innymi spermiozynie i flaktynie, zapewnia ruch postępowy plemnika oraz właściwą orientację plemnika przy zbliżaniu się do komórki jajowej.

Plemniki są produktem (efektem) holokrynowego wydzielania kanalików nasiennych krętych jądra.

U człowieka wytwarzanie plemników odbywa się w dwóch jądrach. W każdym z nich znajduje się około 1000 kanalików nasiennych. Pojedynczy kanalik ma 30–70 cm długości i średnicę 150–250 μm.

Regulacja hormonalna spermatogenezy

Początek i prawidłowy przebieg spermatogenezy zależą przede wszystkim od trzech hormonów: folitropiny (FSH), lutropiny (LH) oraz testosteronu. Odpowiednie stężenie testosteronu jest niezbędne do rozwoju zdolnego do zapłodnienia plemnika. Komórki Leydiga (śródmiąższowe) uwalniają testosteron do płynu śródmiąższowego, a stamtąd hormon przechodzi do kanalików krętych i bezpośrednio oddziałuje na nabłonek plemnikotwórczy. Ponadto komórki podporowe (Sertolego) wydzielają specyficzny czynnik białkowy ABP (androgen binding protein), który wpływa na utrzymanie dużego stężenia androgenów w nabłonku kanalika.

LH – zwany także ICSH (interstitial cell stimulating hormone) – stymuluje rozwój komórek Leydiga oraz wydzielanie testosteronu. Wycięcie przysadki u płodnego mężczyzny prowadzi do całkowitego zaniku komórek Leydiga i do zaprzestania wydzielania testosteronu.

FSH przyspiesza transkrypcję DNA w nabłonku plemnikotwórczym oraz stymuluje wydzielanie przez komórki podporowe specyficznego czynnika białkowego ABP.

Wydzielanie LH i FSH zależy od podwzgórzowych czynników uwalniających dla tych hormonów. Komórki podporowe wydzielają inhibinę (SCF – Sertoli cell factor). Wpływa ona hamująco na czynnik uwalniający z podwzgórza (rycina 3-10).

Czynniki wpływające na aktywność plemnikotwórczą jądra

Komórki nabłonka plemnikotwórczego reagują na zmianę temperatury ciała. Ciepłota w mosznie wynosi 34°C i jest 1,5–2,5°C niższa aniżeli w jamie brzusznej, co jest warunkiem prawidłowej spermatocytogenezy. Doświadczalne przeszczepienie gonady szczura do jego jamy brzusznej spowodowało szybki zanik nabłonka plemnikotwórczego.

U 10% noworodków męskich brak jest jąder w mosznie, gdyż nie nastąpił proces ich zstąpienia. Wymaga to interwencji chirurgicznej przed 5. rokiem życia, pozostawienie bowiem jąder w jamie brzusznej dłużej może spowodować nieuleczalne zmiany zanikowe w gonadzie.

Po 40. roku życia aktywność nabłonka plemnikotwórczego stopniowo maleje. Plemników w ejakulacie jest coraz mniej, zwiększa się także liczba tych nieruchomych i o nieprawidłowej budowie, co nie pozostaje bez związku z płodnością, a także z ryzykiem niekorzystnego wpływu na rozwój prenatalny potomstwa. Niemniej 80-, a nawet 90-letni mężczyźni mogą być zdolni do zapłodnienia.

Rycina 3-10

Regulacja czynności hormonalnej jądra.

W ostatnich dziesiątkach lat notuje się alarmujące zmniejszenie liczby plemników w nasieniu ludzkim, co w znaczący sposób wpływa na niepłodność u mężczyzn. Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) za niepłodnego uznaje się mężczyznę, który ma 20 mln plemników w 1 ml nasienia, przy czym ponad 50% jest ruchomych.

Wiele czynników wpływa uszkadzająco na gonadę męską. Mogą to być czynniki:

- fizyczne (praca w środowisku o podwyższonej temperaturze, hałas, wibracje, promieniowanie jonizujące, promieniowanie mikrofalowe – pozostawanie w zasięgu działania silnych urządzeń radiolokacyjnych); narażeni są kierowcy samochodów ciężarowych, hutnicy, kucharze,

- chemiczne (produkty spalania paliw, węglowodory aromatyczne, polichlorkowe bifenyle, dioksyny, ftalany – stosowane jako plastyfikatory w produkcji mas plastycznych, składniki powierzchniowo czynne detergentów, barwniki tekstylne, herbicydy, chloroorganiczne pestycydy – DDT, aldrin i inne, rtęć, ołów, kadm),

- infekcyjne (wysoka temperatura ciała w przebiegu chorób gorączkowych może spowodować przejściową niepłodność, ale trwałe uszkodzenie gonady występuje najczęściej jako powikłanie po przebytym w dzieciństwie nagminnym zapaleniu ślinianek przyusznych – śwince),

- hormonalne (w ostatnich latach wielu autorów lansuje hipotezę, według której „winę” za kłopoty reprodukcyjne mężczyzn upatruje się w występujących w nadmiarze w środowisku człowieka estrogenach pochodzących od kobiet i związkach estrogenopodobnych).

Na funkcję plemnikotwórczą bardzo niekorzystnie wpływa: palenie papierosów, nadużywanie alkoholu oraz zażywanie narkotyków, a także sterydy anaboliczne, przegrzewanie moszny (gorąca kąpiel, sauna), noszenie obcisłych spodni.

Nasienie

Nasienie – semen (łac.) lub sperma (grec.) – składa się z części komórkowej (plemniki) oraz płynnej (osocze – płyn nasienny).

Plemniki zawieszone są w wydzielinie pochodzącej z najądrza, nasieniowodu, pęcherzyków nasiennych, gruczołu krokowego, gruczołów opuszkowo-cewkowych i gruczołów cewki moczowej (Littrego).

Jeszcze kilkadziesiąt lat temu uważano, że zdrowy mężczyzna między 20. a 30. rokiem życia wytwarza 300 mln plemników dziennie, ale wiadomo, że wartość ta systematycznie się obniża. Ralph L. Brinster twierdzi, że na każde uderzenie serca dorosłego mężczyzny przypada około 1000 wytwarzanych plemników, co przy założeniu, że serce bije z częstością 70 skurczów/minutę, daje 100 800 000 plemników na dobę.

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) od 1980 roku opracowuje normy nasienia męskiego. Wynika z nich, że liczba plemników uznawana za prawidłową systematycznie maleje. Podstawowe parametry nasienia opublikowane w roku 2010 przedstawiają się następująco:

- objętość ≥ 1,5 ml,

- pH 7–8,

- całkowita liczba plemników w ejakulacie ≥ 39 mln,

- liczba plemników na 1 ml nasienia ≥ 15 mln,

- ruchomość (60 minut po ejakulacji) – odsetek plemników o prawidłowej ruchliwości ≥ 32% z ruchliwością postępową,

- morfologia (budowa plemników) ≥ 4% plemników o prawidłowym kształcie,

- żywotność > 58% plemników,

- leukocyty w osadzie nasienia < 1 mln/ml,

- testy immunologiczne określające występowanie przeciwciał przeciwplemnikowych – IBT (immunobead test) i MAR (mixed antiglobulin reaction) < 50% opłaszczonych plemników.

W warunkach prawidłowych 50–70% plemników jest ruchomych przez 3 godziny. Czas przeżycia plemników zależy od środowiska pochwy. Z wyjątkiem fazy owulacyjnej pH pochwy wynosi 3–4 i w tych warunkach plemniki giną w ciągu 1–3 godzin. Śluz szyjkowy o odczynie zasadowym działa ochronnie na plemniki, przedłużając ich żywotność. W optymalnych warunkach w narządach płciowych kobiety czas przeżycia plemników, a więc tym samym okres ich potencjalnej zdolności do zapłodnienia wynosi 2–4 doby. Należy jednak pamiętać, że w każdym ejakulacie są plemniki o różnej żywotności. Żywe plemniki można znaleźć w przewodach wyprowadzających nasienie w jakiś czas po śmierci klinicznej.

W warunkach in vivo plemniki żyją 2–4 doby. Zamrożone w temperaturze –196°C (w ciekłym azocie) zachowują zaś zdolność do zapłodnienia przez dziesiątki lat, a niektórzy autorzy uważają, że czas ten jest praktycznie nieograniczony.

W nasieniu oprócz plemników występują złuszczone komórki nabłonków przewodów wyprowadzających nasienie, cewki moczowej, komórki tkanki łącznej, ciałka sterczowe, ziarnistości tłuszczu, barwników. W oziębionej i wysychającej spermie powstają kryształy fosforanu sperminy, tzw. kryształy Böttchera.

W czasie wytrysku wyróżnia się trzy frakcje nasienia. Pierwsza z nich to niewielka objętość wydzieliny gruczołów opuszkowo-cewkowych. Ma kolor mleka i jest wodnista. Druga stanowi 80% objętości nasienia. Zawiera przede wszystkim plemniki oraz wydzielinę gruczołu krokowego, stąd też duża zawartość fosfatazy kwaśnej i fibrynolizyny. Ostatnia składa się głównie z wydzieliny pęcherzyków nasiennych. Jest bogata we fruktozę i prostaglandyny. Ma konsystencję galaretowatą. Zawiera plemniki, które z reguły są nieruchome.

U niektórych gatunków, np. myszy, obfita wydzielina gruczołów pochwowych, przy udziale enzymów gruczołu krokowego, ulega koagulacji i tworzy się czop pochwowy, który zapobiega wydostaniu się plemników poza pochwę.

Rycina 3-11

Nieprawidłowe formy plemników.

Tuż po ejakulacji sperma ma konsystencję galaretowatą, o dużej lepkości, żółtą opalizującą barwę i charakterystyczny zapach oraz pH 7–8. W ciągu kilkunastu minut po wytrysku, pod wpływem zawartych w nasieniu enzymów, następuje jej upłynnienie, z czym wiąże się zwiększenie ruchliwości plemników. Plemniki prawidłowe poruszają się z szybkością do 100 µm/sekundę.

Całkowity brak wytrysku nazywany jest aspermią, gdy objętość nasienia jest mniejsza niż 1 ml, mówi się zaś o hipospermii lub parwispermii. Objętość nasienia powyżej 6 ml to hiperspermia lub multispermia, brak plemników w nasieniu – azoospermia. Małe stężenie plemników w 1 ml ejakulatu określane jest jako oligospermia, a bardzo małe – jako kryptospermia. Polispermia lub polizoospermia to stan, kiedy stężenie plemników jest bardzo duże (powyżej 150 mln/ml). Biorąc pod uwagę ruchliwość plemników, stan, kiedy wszystkie są nieruchome, nazywa się nekrospermią, a gdy zaledwie 50% wykazuje ruch – astenospermią. Można też mówić o hipo- i hiperkinezie plemników.

Jeśli liczba plemników jest niewystarczająca, są one mało ruchliwe i nieprawidłowe pod względem budowy, mówi się o oligoastenoteratospermii. Mikroskopowe badanie budowy plemnika nazywa się spermatocytogramem. Niektóre nieprawidłowe formy plemników przedstawiono na rycinie 3-11.

Błona komórkowa plemnika zawiera antygeny, które w warunkach prawidłowych są tolerowane przez komórki układu immunologicznego. Niekiedy dochodzi jednak do autoimmunizacji i wytworzenia przeciwciał przeciwko własnym plemnikom. Wytworzone przeciwciała wiążą się z antygenami na powierzchni błony komórkowej plemnika, co powoduje ich aglutynację i unieruchomienie plemników, a w następstwie niezdolność do zapłodnienia.

W przypadku wycięcia nasieniowodu (vasectomia) lub jego podwiązania (vasoligatura) plemniki dalej są wytwarzane. Przypuszcza się, że część plemników podlega resorpcji przez makrofagi najądrza, a antygeny plemnika stymulują układ immunologiczny do wytwarzania przeciwciał skierowanych przeciwko własnym plemnikom. W ten sposób można wytłumaczyć fakt bezpłodności po reoperacji i odtworzeniu ciągłości anatomicznej nasieniowodów. Wynik badania semiologicznego może być prawidłowy, ale plemniki nie są zdolne do zapłodnienia komórki jajowej.

Mejoza

Mejoza (z grec. meiosis – zmniejszenie) jest specyficznym podwójnym podziałem komórkowym, w wyniku którego następuje zmniejszenie do połowy liczby chromosomów, a więc redukcja informacji genetycznej. Składa się z dwóch następujących jeden po drugim podziałów dojrzewania, z których pierwszy jest podziałem redukcyjnym (rycina 3-12), a drugi – podziałem ekwacyjnym, inaczej zwanym wyrównawczym (rycina 3-13).

Te dwa ważne podziały nazywa się często mejozą pierwszą (M I) i mejozą drugą (M II).

Podziałowi mejotycznemu podlegają spermatocyty I i II rzędu oraz oocyty I i II rzędu. W fazie S, poprzedzającej pierwszy podział dojrzewania, komórki podwajają ilość DNA w chromosomach. W wyniku tego procesu tworzą się pary homologicznych chromosomów (tzw. chromosomy biwalentne), z których każdy zawiera 2 chromatydy oraz 4 łańcuchy DNA.

Rycina 3-12

Pierwszy podział mejotyczny.

Pierwszy podział dojrzewania składa się z: profazy, metafazy, anafazy, telofazy. Profaza podziału redukcyjnego jest wydłużona i dzieli się na 5 stadiów (ryciny 3-12, 3-13, 3-14):

- stadium leptotenu,

- stadium zygotenu,

- stadium pachytenu,

- stadium diplotenu,

- stadium diakinezy.

Leptoten. Pojawiają się chromosomy w formie pojedynczych, długich, cienkich nici, składających się z dwóch siostrzanych chromatyd. Każdy chromosom w swym odcinku końcowym zawiera specyficzną płytkę, za pomocą której przyczepia się do otoczki jądrowej (pozostaje z nią połączony aż do stadium diakinezy). Chromatydy przylegają bardzo ściśle do siebie, dlatego chromosom widoczny jest jako pojedyncza nić.

Zygoten. W stadium tym rozpoczyna się proces koniugacji chromosomów (synapsis). Powstaje wyspecjalizowana struktura, tzw. kompleks synaptonemalny. Składa się on z długiego, środkowego rdzenia białkowego o „drabinkowym” układzie, który dopasowany jest do analogicznej struktury chromosomu homologicznego. Na zewnątrz kompleksu znajdują się poprzecznie ułożone filamenty chromatyny. Każda para chromosomów nazywana jest biwalentem, ale ponieważ każdy chromosom homologiczny składa się z pary zawierającej dwie siostrzane chromatydy, słuszniej jest określać parę chromosomów tetradą.

Pachyten. Po zakończeniu koniugacji zaczyna się stadium pachytenu. Podczas systematycznie tworzącego się kompleksu synaptonemalnego powstają węzły rekombinacyjne, zadaniem których jest ułatwienie procesu wymiany między chromosomami. W tym stadium dochodzi do zjawiska określanego jako crossing-over (przekrzyżowanie), tj. wymiany między dwiema niesiostrzanymi chromatydami (rycina 3-15). Miejsce, gdzie zachodzi crossing-over, tworzy chiazmę. W spermatocytach człowieka średnia liczba chiazm wynosi około 50.

Diploten. W tym stadium rozpoczyna się proces rozdzielania chromosomów (de-synapsis). Kompleks synaptonemalny rozpuszcza się i chromosomy się uwalniają. Każdy biwalent jest połączony przez jedną lub więcej chiazm. Stadium to w oocytach może trwać od kilku miesięcy do około 40 lat. W tym czasie chromosomy ulegają dekondensacji i są bardzo aktywne w syntezie DNA. U płazów i innych gatunków w efekcie tej intensywnej syntezy DNA powstają chromosomy szczoteczkowe.

Diakineza. Diploten przechodzi niepostrzeżenie w diakinezę. Następuje zmniejszenie syntezy DNA, chromosomy ulegają kondensacji, grubieją i oddzielają się od otoczki jądrowej. W każdym biwalencie widać wyraźnie 4 chromatydy. Każda para chromatyd siostrzanych łączy się ze sobą w centromerze, a chromatydy niesiostrzane (od ojca i matki) pozostają połączone w chiazmach, których liczba systematycznie się zmniejsza. Pod koniec diakinezy pojawia się wrzeciono podziałowe.

Rycina 3-13

Drugi podział mejotyczny.

Rycina 3-14

Schemat łączenia się i rozdzielania chromosomów homologicznych w czasie podziału mejotycznego.

Rycina 3-15

Zjawisko crossing-over.

Rycina 3-16

Schemat podziału komórki płciowej męskiej.

W metafazie chromosomy układają się w płaszczyźnie równikowej, tworząc gwiazdę macierzystą. W anafazie z każdego chromosomu biwalentnego do biegunów komórki przesuwa się jeden chromosom pochodzący od ojca lub od matki. Wybór chromosomów jest przypadkowy.

W telofazie po oddzieleniu się komórek powstają dwie komórki, z których każda zawiera haploidalną liczbę chromosomów z diploidalną ilością DNA. Część chromosomów danej komórki pochodzi od ojca, część od matki.

Po skróconej interfazie (w mejozie u płci żeńskiej brak jest stadium interfazy między pierwszym a drugim podziałem dojrzewania) komórki – spermatocyty I rzędu – przystępują do drugiego podziału dojrzewania, który nazywany jest podziałem ekwacyjnym lub wyrównawczym. Jest on podobny do mitozy. W podziale tym, w metafazie, rozdzielają się chromatydy 23 chromosomów i w anafazie wędrują do biegunów komórki. Ostatecznie powstają dwie komórki potomne zawierające haploidalną liczbę chromosomów. Każdy chromosom zawiera jedną chromatydę i haploidalną ilość DNA.

Rycina 3-17

Schemat oogenezy.

W wyniku obu podziałów z wyjściowej komórki diploidalnej powstają cztery komórki haploidalne. U płci męskiej są to cztery plemniki (rycina 3-16), a u płci żeńskiej jedna komórka jajowa i trzy ciałka kierunkowe (rycina 3-17). Czas trwania mejozy zasadniczo różni się u obu płci. U płci męskiej wynosi on kilka dni. U płci żeńskiej proces mejozy zaczyna się pod koniec życia płodowego, po czym zostaje zatrzymany na co najmniej kilkanaście lat. Tak znaczne wydłużenie mejozy sprzyja licznym aberracjom chromosomalnym.

Około 90% aberracji chromosomalnych jest pochodzenia matczynego, a ich olbrzymią większość przypisuje się błędom w trakcie pierwszego podziału mejotycznego.

W mejozie pierwszej wskutek nieprawidłowego podziału chromosomów – nondysjunkcji (ang. disjoin – rozłączyć, rozdzielić) – dochodzi do aneuploidii.

Aneuploidia występuje przede wszystkim u ludzi (np. u myszy spostrzegana jest zaledwie u 2% zapłodnionych komórek jajowych).

Niektórzy autorzy, próbując tłumaczyć zaburzenia w mejozie, stwierdzili, że oocyty w miarę starzenia się mają coraz mniej chiazm, a ponadto chiazmy umiejscawiają się bliżej końców chromosomów. W rezultacie w procesie rekombinacji (crossing-over) chromosomy wymieniają mniej DNA.

Przypisy

1 Faktycznie jagnię Dolly urodziło się 5 lipca 1996 roku.

2 W XIX wieku wydano dwa podręczniki embriologiczne polskich autorów: „Zasady ogólne nauki o rozwoju zwierząt (embryologia)” Józefa Nusbauma-Hilarowicza i „Embryologię” Wacława Mayzla (tłumaczenie dzieła „Lehrbuch der vergleichenden Embryologie der Wirbelthiere” prof. dr. Samuela Leopolda Schenka z 1876 roku). Obszerny, dwutomowy podręcznik „Rozwój świata zwierzęcego. Embryologia ogólna” Józefa Nusbauma-Hilarowicza – profesora zoologii Wszechnicy Lwowskiej, którego tom I ukazał się w 1912 roku, a II w 1913, poświęcony był rozwojowi różnych gatunków zwierząt. Podręcznik niemieckiego autora dr. Roberta Bonneta został przetłumaczony przez Henryka Zagrodzińskiego – studenta medycyny Uniwersytetu Warszawskiego – i wydany w Warszawie w 1918 roku pt. „Rozwój zwierząt kręgowych i człowieka. Embryologia”.

3 Dr Anne McLaren (1927–2007) zajmowała się genetyką i biologią rozwoju zwierząt, pracowała w różnych instytutach w Edynburgu i Londynie. Jej osiągnięcia naukowe stworzyły podwaliny pod zapłodnienie in vitro. Była znaną w świecie inicjatorką i propagatorką tej metody prokreacji ludzi.

4 Zdaniem niektórych współczesnych autorów cykl spermatogenezy trwa 64 dni i dla poszczególnych komórek wynosi:

- spermatogonie – 16 dni,

- spermatocyty I rzędu – 8 dni,

- spermatocyty II rzędu – 16 dni,

- spermatydy – około 24 dni.