Těhotenství a oplodnění

Většina lékařů považuje první den vaší poslední menstruace za začátek těhotenství. Toto období se nazývá „menstruační věk“ a začíná přibližně dva týdny před oplodněním. Zde je několik základních informací o oplodnění:

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Ovulace

Každý měsíc se v jednom z vaječníků ženy začne vyvíjet určitý počet nezralých vajíček v malém vaku naplněném tekutinou. Jeden z vaků dokončí dozrávání. Tento „dominantní folikul“ potlačuje růst ostatních folikulů, které přestanou růst a degenerují. Zralý folikul praskne a uvolní vajíčka z vaječníku (ovulace). K ovulaci obvykle dochází dva týdny před další menstruací ženy.

Vývoj žlutého tělíska

Po ovulaci se z prasklého folikulu vyvine útvar zvaný žluté tělísko, které vylučuje dva typy hormonů – progesteron a estrogen. Progesteron pomáhá připravit endometrium (výstelku dělohy) na implantaci embrya tím, že ji ztlušťuje.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ]

Uvolnění vajíčka

Vajíčko se uvolní a putuje do vejcovodu, kde zůstává, dokud do něj během oplodnění nevstoupí alespoň jedna spermie (vajíčko a spermie, viz níže). Vajíčko může být oplodněno do 24 hodin od ovulace. K ovulaci a oplodnění dochází v průměru dva týdny po poslední menstruaci.

[ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ]

Menstruační cyklus

Pokud spermie vajíčko neoplodní, dochází k degeneraci vajíčka i žlutého tělíska; mizí i zvýšené hladiny hormonů. Dochází k odlupování funkční vrstvy endometria, což vede k menstruačnímu krvácení. Cyklus se opakuje.

Oplodnění

Pokud spermie dosáhne zralého vajíčka, oplodní ho. Když spermie dosáhne vajíčka, dojde ke změně v proteinovém obalu vajíčka, která již spermiím neumožní vstup. V tomto okamžiku je uložena genetická informace o dítěti, včetně jeho pohlaví. Matka předává pouze chromozomy X (matka = XX); pokud vajíčko oplodní spermie Y, dítě bude mužského pohlaví (XY); pokud se oplodní spermie X, dítě bude ženského pohlaví (XX).

Oplodnění není jen souhrnem jaderného materiálu vajíčka a spermie – je to složitý soubor biologických procesů. Oocyt je obklopen granulózními buňkami zvanými corona radiata. Mezi corona radiata a oocytem se tvoří zona pellucida, která obsahuje specifické receptory pro spermie, zabraňují polyspermii a zajišťují pohyb oplodněného vajíčka podél vejcovodu do dělohy. Zona pellucida se skládá z glykoproteinů vylučovaných rostoucím oocytem.

Meióza se obnovuje během ovulace. Obnovení meiózy je pozorováno po preovulačním vrcholu LH. Meióza ve zralém oocytu je spojena se ztrátou jaderné membrány, bivalentním sestavením chromatinu a oddělením chromozomů. Meióza končí uvolněním polárního tělíska během oplodnění. Pro normální proces meiózy je nezbytná vysoká koncentrace estradiolu ve folikulární tekutině.

Samčí zárodečné buňky v semenných kanálcích v důsledku mitotického dělení tvoří spermatocyty prvního řádu, které procházejí několika fázemi zrání podobně jako samičí vajíčko. V důsledku meiotického dělení se tvoří spermatocyty druhého řádu, které obsahují poloviční počet chromozomů (23). Spermatocyty druhého řádu dozrávají do spermatidy a poté, co se již nedělí, se mění ve spermie. Soubor postupných fází zrání se nazývá spermatogenní cyklus. U lidí je tento cyklus dokončen za 74 dní a nediferencované spermatogonium se mění ve vysoce specializovanou spermii, schopnou samostatného pohybu a disponující sadou enzymů nezbytných pro průnik do vajíčka. Energii pro pohyb zajišťuje řada faktorů, včetně cAMP, Ca2 ⁺, katecholaminů, proteinového faktoru motility a proteinové karboxymethylázy. Spermie přítomné v čerstvém spermatu nejsou schopny oplodnění. Tuto schopnost získávají, když vstoupí do ženského genitálního traktu, kde ztrácejí membránový antigen - dochází ke kapacitaci. Vaječná buňka zase vylučuje produkt, který rozpouští akrosomální váčky pokrývající hlavičku spermie, kde se nachází genetický fond otcovského původu. Předpokládá se, že proces oplodnění probíhá v ampulární části vejcovodu. Trychtýř vejcovodu se tohoto procesu aktivně účastní, těsně přiléhá k části vaječníku s folikulem vyčnívajícím na jeho povrchu a jakoby nasává vajíčko. Pod vlivem enzymů vylučovaných epitelem vejcovodů se vajíčko uvolňuje z buněk corona radiata. Podstata procesu oplodnění spočívá ve sjednocení, fúzi samičích a samčích reprodukčních buněk, oddělených od organismů rodičovské generace, do jedné nové buňky - zygoty, která není jen buňkou, ale také organismem nové generace.

Spermie vnáší do vajíčka převážně svůj jaderný materiál, který se s jaderným materiálem vajíčka spojí do jednoho jádra zygoty.

Proces zrání a oplodnění vajíčka je zajištěn složitými endokrinními a imunologickými procesy. Vzhledem k etickým otázkám nebyly tyto procesy u lidí dostatečně prozkoumány. Naše znalosti získáváme převážně z experimentů na zvířatech, které mají s těmito procesy u lidí mnoho společného. Díky rozvoji nových reprodukčních technologií v programech oplodnění in vitro byly studovány fáze vývoje lidského embrya až po stádium blastocysty in vitro. Díky těmto studiím se nashromáždilo velké množství materiálu o studiu mechanismů raného vývoje embrya, jeho pohybu vejcovodem a implantace.

Po oplodnění se zygota pohybuje podél vejcovodu a prochází složitým vývojovým procesem. První dělení (stádium dvou blastomer) nastává až druhý den po oplodnění. Během svého pohybu podél vejcovodu prochází zygota kompletním asynchronním štěpením, které vede k tvorbě moruly. V této době se embryo zbaví vitellinové a průhledné membrány a ve stádiu moruly vstupuje do dělohy, kde představuje volný komplex blastomer. Průchod vejcovodem je jedním z kritických momentů těhotenství. Bylo zjištěno, že vztah mezi hometou/raným embryem a epitelem vejcovodu je regulován autokrinní a parakrinní cestou, která embryu poskytuje prostředí, které podporuje procesy oplodnění a raného embryonálního vývoje. Předpokládá se, že regulátorem těchto procesů je gonadotropní uvolňující hormon (GOHA), produkovaný jak preimplantačním embryem, tak epitelem vejcovodů.

Epitel vejcovodů exprimuje GnRH a receptory GnRH jako posly ribonukleové kyseliny (mRNA) a proteinů. Ukázalo se, že tato exprese je závislá na cyklu a objevuje se hlavně během luteální fáze cyklu. Na základě těchto údajů se skupina výzkumníků domnívá, že tubální GnRH hraje významnou roli v regulaci autokrinně-parakrinní dráhy při oplodnění, časném vývoji embrya a implantaci, protože v děložním epitelu v období maximálního vývoje „implantačního okna“ se nachází značné množství receptorů GnRH.

Bylo prokázáno, že u embrya je pozorována exprese GnRH, mRNA a proteinů, která se zvyšuje s tím, jak se morula mění v blastocystu. Předpokládá se, že interakce embrya s epitelem vejcovodu a endometria probíhá prostřednictvím systému GnRH, který zajišťuje vývoj embrya a receptivitu endometria. A opět mnoho výzkumníků zdůrazňuje potřebu synchronního vývoje embrya a všech mechanismů interakce. Pokud se transport embrya z nějakého důvodu může zpozdit, může trofoblast projevit své invazivní vlastnosti ještě před vstupem do dělohy. V tomto případě může dojít k tubálnímu těhotenství. Při rychlém pohybu se embryo dostane do dělohy, kde není receptivita endometria a k implantaci nemusí dojít, nebo je embryo zadrženo v dolních částech dělohy, tj. na místě méně vhodném pro další vývoj vajíčka.

[ 12 ], [ 13 ]

Implantace vajíčka

Během 24 hodin po oplodnění se vajíčko začne aktivně dělit na buňky. Ve vejcovodu zůstává přibližně tři dny. Zygota (oplodněné vajíčko) se dále dělí a pomalu se pohybuje vejcovodem do dělohy, kde se přichytí k endometriu (implantace). Zygota se nejprve stává shlukem buněk, poté dutou kuličkou buněk neboli blastocystou (embryonálním vakem). Před implantací se blastocysta uvolní ze svého ochranného obalu. Jak se blastocysta blíží k endometriu, hormonální výměny podporují její přichycení. Některé ženy během implantace pociťují špinění nebo slabé krvácení po dobu několika dnů. Endometrium ztlušťuje a děložní čípek je utěsněn hlenem.

Během tří týdnů se buňky blastocysty vytvoří do shluku buněk, čímž se vytvoří první nervové buňky dítěte. Dítě se od okamžiku oplodnění až do osmého týdne těhotenství nazývá embryem, poté se až do narození nazývá plodem.

K implantačnímu procesu může dojít pouze tehdy, pokud embryo vstupující do dělohy dosáhlo stádia blastocysty. Blastocysta se skládá z vnitřní části buněk - endodermu, ze kterého se tvoří samotné embryo, a vnější vrstvy buněk - trofektodermu - prekurzoru placenty. Předpokládá se, že v preimplantační fázi blastocysta exprimuje preimplantační faktor (PIF), vaskulární endoteliální růstový faktor (VEGF), stejně jako mRNA a protein VEGF, což umožňuje embryu velmi rychle provést angiogenezi pro úspěšnou placentaci a vytváří nezbytné podmínky pro jeho další vývoj.

Pro úspěšnou implantaci je nutné, aby se v endometriu objevily všechny potřebné změny v diferenciaci endometriálních buněk pro vznik „implantačního okna“, které se obvykle pozoruje 6.–7. den po ovulaci, a aby blastocysta dosáhla určitého stádia zralosti a aktivovaly se proteázy, což usnadní postup blastocysty do endometria. „Endometriální receptivita je vyvrcholením komplexu časových a prostorových změn v endometriu, regulovaných steroidními hormony.“ Procesy vzniku „implantačního okna“ a zrání blastocysty musí být synchronní. Pokud se tak nestane, k implantaci nedojde nebo bude těhotenství přerušeno v raných stádiích.

Před implantací je povrchový epitel endometria pokryt mucinem, který zabraňuje předčasné implantaci blastocysty a chrání před infekcí, zejména Muc1 - episialinem, který hraje jakousi bariérovou roli v různých aspektech fyziologie ženského reprodukčního traktu. V době, kdy se otevře „implantační okno“, je množství mucinu zničeno proteázami produkovanými embryem.

Implantace blastocysty do endometria zahrnuje dvě fáze: fázi 1 - adhezi dvou buněčných struktur a fázi 2 - decidualizaci endometriálního stromatu. Extrémně zajímavou otázkou je, jak embryo identifikuje místo implantace, které stále zůstává otevřené. Od okamžiku, kdy blastocysta vstoupí do dělohy, do začátku implantace uplynou 2-3 dny. Hypoteticky se předpokládá, že embryo vylučuje rozpustné faktory/molekuly, které působením na endometrium ho připravují na implantaci. Adheze hraje v procesu implantace klíčovou roli, ale tento proces, který umožňuje udržení dvou různých buněčných mas pohromadě, je extrémně složitý. Je na něm zapojeno obrovské množství faktorů. Předpokládá se, že integriny hrají v době implantace hlavní roli v adhezi. Obzvláště významný je integrin-01; jeho exprese se v době implantace zvyšuje. Samotné integriny však postrádají enzymatickou aktivitu a musí být asociovány s proteiny, aby generovaly cytoplazmatický signál. Výzkum provedený skupinou vědců z Japonska ukázal, že malé proteiny RhoA vázající guanosintrifosfát přeměňují integriny na aktivní integrin, který je schopen se podílet na buněčné adhezi.

Kromě integrinů zahrnují adhezní molekuly proteiny, jako je trofinin, bustin a tastin.

Trofinin je membránový protein exprimovaný na povrchu endometriálního epitelu v místě implantace a na apikálním povrchu trofektodermu blastocysty. Bustin a tustin jsou cytoplazmatické proteiny, které ve spojení s trofininem tvoří aktivní adhezivní komplex. Tyto molekuly se podílejí nejen na implantaci, ale také na dalším vývoji placenty. Molekuly extracelulární matrix, osteokantin a laminin, se podílejí na adhezi.

Extrémně důležitou roli hrají různé růstové faktory. Výzkumníci věnují zvláštní pozornost roli inzulínu podobných růstových faktorů a proteinů, které se na ně vážou, zejména IGFBP, při implantaci. Tyto proteiny hrají roli nejen v procesu implantace, ale také v modelování cévních reakcí a regulaci růstu myometria. Podle Paria et al. (2001) hraje v procesech implantace významné místo heparin vázající epidermální růstový faktor (HB-EGF), který je exprimován jak v endometriu, tak v embryu, stejně jako fibroblastový růstový faktor (FGF), kostní morfogenetický protein (BMP) atd. Po adhezi dvou buněčných systémů endometria a trofoblastu začíná fáze invaze trofoblastu. Buňky trofoblastu vylučují proteázové enzymy, které umožňují trofoblastu „vtěsnat se“ mezi buňky do stromatu a lýzovat extracelulární matrix enzymem metaloproteinázou (MMP). Inzulínu podobný růstový faktor II trofoblastu je nejdůležitějším růstovým faktorem trofoblastu.

V době implantace je celé endometrium prostoupeno imunokompetentními buňkami, což je jedna z nejdůležitějších složek interakce trofoblast-endometrium. Imunologický vztah mezi embryem a matkou během těhotenství je podobný vztahu pozorovanému při reakcích štěpu a příjemce. Předpokládalo se, že implantace v děloze je řízena podobným způsobem, a to prostřednictvím T buněk rozpoznávajících fetální aloantigeny exprimované placentou. Nedávné studie však ukázaly, že implantace může zahrnovat novou alogenní rozpoznávací dráhu založenou na NK buňkách spíše než na T buňkách. Trofoblast neexprimuje HLAI ani antigeny třídy II, ale exprimuje polymorfní antigen HLA-G. Tento antigen odvozený od otce slouží jako adhezní molekula pro antigeny CD8 velkých granulárních leukocytů, jejichž počet se v endometriu zvyšuje v polovině luteinové fáze. Tyto NK buňky s markery CD3-CD8+ CD56+ jsou funkčně inertnější v produkci cytokinů asociovaných s Th1, jako je TNFcc, IFN-γ, ve srovnání s deciduálními granulárními leukocyty CD8-CD56+. Trofoblast navíc exprimuje receptory s nízkou vazebnou kapacitou (afinitou) pro cytokiny TNFa, IFN-y a GM-CSF. V důsledku toho bude na fetální antigeny převládat odpověď způsobená odpovědí prostřednictvím Th2, tj. bude docházet převážně k produkci nikoli prozánětlivých cytokinů, ale naopak regulačních (il-4, il-10, il-13 atd.). Normální rovnováha mezi Th 1 a Th2 podporuje úspěšnější invazi trofoblastů. Nadměrná produkce prozánětlivých cytokinů omezuje invazi trofoblastů a zpožďuje normální vývoj placenty, v důsledku čehož se snižuje produkce hormonů a proteinů. Cytokiny T navíc zvyšují aktivitu protrombinkinázy a aktivují koagulační mechanismy, což způsobuje trombózu a odchlípení trofoblastů.

Imunosupresivní stav je navíc ovlivněn molekulami produkovanými plodem a amnionem – fetuinem a sperminem. Tyto molekuly potlačují produkci TNF. Exprese HU-G na buňkách trofoblastu inhibuje receptory NK buněk a tím také snižuje imunologickou agresi proti napadajícímu trofoblastu.

Deciduální stromální buňky a NK buňky produkují cytokiny GM-CSF, CSF-1, aINF, TGFbeta, které jsou nezbytné pro růst a vývoj, proliferaci a diferenciaci trofoblastů.

V důsledku růstu a vývoje trofoblastu se zvyšuje produkce hormonů. Progesteron je obzvláště důležitý pro imunitní vztahy. Progesteron lokálně stimuluje produkci placentárních proteinů, zejména proteinu TJ6, váže se na deciduální leukocyty CD56+16+, čímž způsobuje jejich apoptózu (přirozenou buněčnou smrt).

V reakci na růst trofoblastu a invazi spirálních arteriol dělohou matka produkuje protilátky (blokující), které mají imunotropní funkci a blokují lokální imunitní odpověď. Placenta se stává imunologicky privilegovaným orgánem. V normálně se vyvíjejícím těhotenství se tato imunitní rovnováha nastolí do 10.–12. týdne těhotenství.

Těhotenství a hormony

Lidský choriový gonadotropin je hormon, který se objevuje v krvi matky od okamžiku oplodnění. Je produkován buňkami placenty. Je to hormon, který je detekovatelný těhotenským testem, jeho hladina se však dostatečně zvýší, aby byla detekovatelná, až 3–4 týdny po prvním dni poslední menstruace.

Fáze vývoje těhotenství se nazývají trimestry neboli tříměsíční období, a to kvůli významným změnám, ke kterým dochází během každé fáze.