书城医学组织学与胚胎学
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第66章 人体胚胎的早期发育

(一)卵裂和胚泡的形成

1.卵裂

受精卵沿输卵管向子宫方向运行,不断进行细胞分裂的过程称卵裂(cleavage)。卵裂产生的细胞称卵裂球。受精后第3天,形成一个由12—16个卵裂球组成的实心胚,形似桑椹称桑椹胚(morula)。此时由于外周仍有透明带包围,限制了胚的整体增大,因而卵裂球数目虽不断增多,但细胞体积却越来越小。

2.胚泡

桑椹胚的细胞继续分裂,于受精后第4天,细胞间逐渐出现小的腔隙,它们最后汇合成一个大腔,腔内充满液体,桑椹胚转变为中空的胚泡。胚泡中心的腔称胚泡腔,构成胚泡壁的一层扁平细胞称滋养层(trophoblast)。胚泡腔内一侧的一群细胞称内细胞群(innerrell lass),覆盖在内细胞群外面的滋养层称极端滋养层。

(二)植入及植入后子宫内膜的变化

1.植入

胚泡逐渐埋入子宫内膜的过程称植入(implantation),又称为着床(nidation),植入约于受精后第6—7天起始(第5天透明带消失),胚泡极端滋养层附到子宫内膜表面,并分泌蛋白水解酶消化与之贴近的内膜组织,形成缺口,胚泡经缺口陷入子宫内膜的功能层中。之后,缺口周围的内膜上皮增生使缺口修复,植入完成。此时约在受精后第11—12天。植入通常发生在子宫底部和体部,多见于后壁。

植入的部位如靠近子宫颈,即形成前置胎盘(placentaarevia),分娩时可造成难产和大出血。植入如发生在子宫以外的部分(在输卵管和腹膜腔内各处,其中以输卵管妊娠最为多见),称异位妊娠。因异位妊娠发生的部位均不适合胚胎的发育,故胚胎在发育的中途死亡。

植入是胚泡与子宫内膜相互作用的过程。植入时,子宫内膜必须处于分泌期,而分泌期子宫内膜的维持有赖于孕激素和雌激素的正常分泌。其次,胚泡也须适时进入子宫腔,否则会造成异位植入。如果,母体内分泌功能紊乱,胚泡形成超前或滞后以及干扰二者的协调关系均可阻碍胚泡的正常植入。

2.蜕膜

胚泡植入后的子宫内膜称蜕膜(decidua)。此时,处于分泌期的子宫内膜继续增厚,其中的血管分支增多,血液供应丰富,腺体分泌更加旺盛,基质细胞变得十分肥大,富含糖原和脂滴,内膜进一步增厚。此变化称为蜕膜反应。子宫内膜固有层中的基质细胞称蜕膜细胞。按照蜕膜与植入胚泡的关系,可将蜕膜分为3个部分。

(1)基蜕膜(decidua aasalis)位于胚泡深处的蜕膜,将来参与胎盘的形成。

(2)包蜕膜(decidua aapsularis)覆盖在胚泡表面的蜕膜,随胚体的长大,逐渐与壁蜕膜相贴,使子宫腔消失。

(3)壁蜕膜(decidua aarietalis)为除基蜕膜和包蜕膜外的蜕膜,壁蜕膜与包蜕膜之间为子宫腔。

(三)三胚层的形成

受精后第2周的早期,内细胞群细胞开始成层排列,最初为2层,至第3周又增至3层。我们将每一层细胞叫一个胚层。2个或3个胚层紧贴在一起形成的圆盘状结构又分别称之为二胚层胚盘和三胚层胚盘。胚盘是胚体发生的基础。

1.二胚层时期(第2周)

内细胞群的细胞增殖、分化形成紧贴在一起的两层细胞。靠近极端滋养层的细胞呈柱状,称外胚层(ectoderm)。在外胚层腹侧面的细胞呈立方形叫内胚层(endoderm)。此后在外胚层的背侧出现一个腔,称羊膜腔,羊膜腔内的液体叫羊水,羊膜腔的壁称羊膜,与外胚层周缘的细胞相延续。在内胚层的腹侧边缘的细胞增生、分化而形成一个腔,称卵黄囊。卵黄囊的顶(内胚层)和羊膜腔的底(外胚层)紧密相贴构成二胚层胚盘。

2.三胚层时期(第3周)

(1)中胚层的形成

在受精后的第14—15天,二胚层胚盘一端的外胚层细胞增殖并向中轴方向迁移,形成隆起于背侧的细胞素,称原条(primitiveetreak)。原条的出现,使胚盘的头尾端随之确立。原条所在的一端为尾端,另一端为头端。以后原条细胞在内、外胚层之间渐向其两侧和头端增生迁移扩展,形成继外胚层和内胚层之后的第三个胚层,即中胚层。内、中、外三个胚层紧贴形成三胚层胚盘。

(2)脊索的形成

原条头端的细胞增生形成一个球状的细胞团,称原结。在原结的中央出现浅凹,称为原凹。之后,原结的细胞逐渐沿中线向头侧增生(相当于原条的延长线方向),形成一条细胞索,称脊索(notochord)。这样,原条和脊索就构成了胚盘的中轴。随着胚盘的发育,脊索继续向头侧延伸,原条渐消失。若原条细胞残留,在人体骶尾部可以分化形成由多种组织构成的畸胎瘤。

(3)口咽膜和泄殖腔膜的形成

在脊索的头端和原条的尾端,各有一个无中胚层的圆形小区,这两处的内、外胚层直接相贴,呈薄膜状,分别称为口咽膜和泄殖腔膜。中胚层向头端伸展时,绕过口咽膜在其前方汇合成生心区,此区为心脏发生的原基。

(四)三胚层的分化

胚层的分化是指外、中、内三个胚层的原始细胞,逐渐演变为人体具有特定生理功能的成熟器官或组织的过程。本章仅就各个胚层的大体分化方向做简要介绍。

1.外胚层的分化

(1)神经管的形成与分化

脊索出现后,它诱导其背测的外胚层增厚呈板状,称神经板。以后,神经板在中轴线处凹陷形成神经沟,沟两侧边缘隆起叫神经褶。胚胎发育第4周,神经褶在神经沟中段逐渐靠近,并互相融合,将神经沟封闭为神经管。神经管头尾两端各有一开口,分别称前神经孔和后神经孔,它们在第4周闭合,如果未闭合,将导致无脑畸形或脊髓裂的产生。神经管为中枢神经系统的原基,其中头端膨大发育成脑,尾端细长则发育成脊髓。

(2)神经嵴的形成与分化

在神经沟被封闭为神经管的过程中,沟缘的一些细胞与神经管和外胚层脱离,并在神经管的背侧形成一条纵形的细胞索,继而它又在中线断开,形成两条居神经管背外侧的纵形细胞索,称神经嵴(neurallrest)。神经嵴将主要分化为周围神经系统。

(3)胚体表面的外胚层将主要分化为表皮和皮肤的附属器及眼、耳、鼻的感觉上皮及腺垂体等。

2.中胚层的分化

第3周初,中胚层还是一层均匀的弥散细胞。至第3周末,中胚层分化为三部分。

(1)轴旁中胚层(paraxial lesoderm)

为紧邻脊索两侧增厚的一对纵形中胚层细胞索。以后该细胞索又横裂成若干节段称体节。体节左右成对,位于脊索两旁,从颈部向尾端依次形成。每天约出现3—4对,至第5周初可达40—44对。体节可分化为真皮、中轴骨骼(脊柱骨、肋骨)和骨骼肌。

(2)间介中胚层(intermediate eesoderm)

为紧居轴旁中胚层两外侧的一对细胞索,它将分化为泌尿生殖系统的主要器官。

(3)侧中胚层(lateral lesoderm)

在中胚层最外侧,它又分背、腹两层。背层与外胚层腹面相贴称体壁中胚层,将分化为体壁的骨骼、肌肉和结缔组织。腹层与内胚层背面相贴称脏壁中胚层,将分化为消化与呼吸管道除上皮以外的组织。脏壁和体壁中胚层之间为原始体腔,将分化为心包腔、胸膜腔和腹膜腔。

3.内胚层的分化

内胚层起初为平板状,以后卷折成长圆筒形的原始消化管,位于神经管和脊索的腹侧。原始消化管头端为前肠,有口咽膜封闭;尾端为后肠,有泄殖腔膜封闭;前、后肠之间为中肠,与卵黄囊相通。原始消化管将分化为消化和呼吸系统器官的上皮。

内胚层中胚层外胚层消化系统:结缔组织:皮肤:消化管和消化腺的上皮骨、软骨、骨膜、肌腱、纤维性结缔组织、脑脊髓被膜、关节囊、胸膜、腹膜、心包表皮、毛发、指甲、皮脂腺、汗腺的上皮呼吸系统:肌组织:神经系统:喉、气管、支气管和肺骨骼肌、心肌、平滑肌全部神经元和神经胶质泌尿系统:循环系统:感觉器官:膀胱、尿道、前列腺、前庭大腺等的上皮血液、骨髓、心、血管、造血器官内耳膜迷路上皮视网膜、晶状体、眼睑、角膜、球结膜上皮其他:泌尿生殖系统:消化系统:甲状腺、甲状旁腺、胸腺、咽鼓管、中耳、扁桃体肾和输尿管睾丸、附睾、输精管、精囊等的上皮卵巢、输卵管、子宫、阴道、肾上腺皮质口黏膜上皮、牙釉质、味蕾唾液腺上皮、肛门上皮、肾上腺髓质嗜铬细胞。

(五)胚体的形成及其外形的变化

第2周时,胚盘为圆盘状,继而不断伸长变成头端宽尾端窄的倒梨形,以后变为鞋底形,但这些都是扁平板形。随着胚盘的分化,由于外胚层的生长速度比内胚层快,胚盘中部的生长速度又快于边缘部,致使外胚层包于体表,内胚层被卷入胚体内部,胚体凸入羊膜腔内。同时,头、尾方向的生长速度快于左右方向,头侧快于尾侧,因而胚盘卷曲为头大尾小的圆柱形胚体。由于头侧的卷曲,使原来位于头端的生心区和口咽膜移到胚体的腹面,生心区则从口咽膜的头侧移到口咽膜的尾侧;尾侧的卷曲使泄殖腔和体蒂由尾端移到胚体的腹面。人胚发育至第8周时,便初具人形,各器官的原基也初步建立。

(六)胎龄及预产期计算

1.胎龄的计算胎龄的计算方法有多种,但以受精龄和月经龄两种方法表示最常用。

(1)受精龄

从孕妇末次月经的第15天算起(即排卵后第1天)至胎儿娩出,共计266天,为实际胎龄。这是胚胎学常用的方法。

(2)月经龄

从孕妇末次月经的第1天起至胎儿娩出止,共计280天。以28天为一个妊娠月,折合为10个月。产科临床常采用这种方法。但该计算法所推算出的胎龄与实际胎龄并不一致,因为末次月经的第1天,并无排卵,当然也就不会有精、卵细胞的融合。

2.预产期的推算

预产期是指孕妇预计分娩的日期。该时间是从孕妇末次月经第1天算起至成熟胎儿娩出。其推算方法为年加1,月减3,日加7.例如,末次月经的第1天是2008年6月2日,则其预产期为2009年3月9日。预产期的推算是以月经龄为基础的,从月经龄减去14天就是受精龄。

(一)胎膜

受精卵分裂分化所形成胚体以外的附属结构,统称胎膜(fetallembrane),包括绒毛膜、羊膜、卵黄囊、尿囊和脐带。胎膜对胚胎起保护和营养等作用,有些则是反映种系进化的遗迹。

1.绒毛膜(chorion)

为包在胚胎最外层,由胚外中胚层壁层与滋养层共同构成。胚泡植入后,胚泡滋养层的细胞很快增生,并分化为三部分。

(1)向胚泡腔内增生、分化成一些疏松排列的星状细胞,称胚外中胚层。以后胚外中胚层细胞之间出现一些小腔隙,并逐渐融合成一个大腔,称胚外体腔。该腔将胚外中胚层分为两层,贴在滋养层内面和包在羊膜囊外面的称胚外体壁中胚层,包在卵黄囊外面的称为胚外脏壁中胚层。连接于羊膜囊和滋养层之间的胚外中胚层称体蒂(bodyytalk)。

(2)滋养层细胞向胚外增生,增生的细胞很快发生细胞融合,细胞界限消失,称合体滋养层。

(3)仍保留在原胚泡滋养层位置的为一层立方形细胞,界线清楚,称细胞滋养层。

以上三层细胞紧贴在一起形成的板状结构称绒毛膜板。

由于胚泡滋养层细胞向胚泡外增生分化为合体滋养层的速度不同步,速度快的就形成了小突起,这些由合体滋养层细胞聚集成的小突起就是绒毛的原基。以后细胞滋养层长入突起的中轴部位,形成初级绒毛。至第3周,胚外中胚层又逐渐伸入初级绒毛的中轴,细胞滋养层移居其周边。将此时的由胚外中胚层、细胞滋养层和合体滋养层共同构成的伸向蜕膜的指状突起称次级绒毛。当次级绒毛的胚外中胚层有血管形成时,称三级绒毛。胚胎早期,绒毛膜板上的绒毛分布均匀,以后伸入包蜕膜的绒毛因缺乏营养,逐渐萎缩而消失,表面变得光滑,称平滑绒毛膜。位于基蜕膜部分的绒毛因血供丰富,绒毛反复分支,密如树枝,称丛密绒毛膜,它参与胎盘的形成。

在绒毛发育过程中,若绒毛表面的滋养层细胞过度增生,内部组织发生变性水肿,血管消失,形成许多大小不等的水泡状结构,称为葡萄胎或水泡状胎块。如果滋养层细胞过度增生并癌变,称绒毛膜上皮癌。

2.羊膜(amnion)

由羊膜上皮和覆盖其外的胚外中胚层组成。它们围成的腔称羊膜腔。羊膜腔在第2周出现,腔内的液体称羊水。之后随胚胎发育羊膜腔渐渐增大,羊水增多,羊膜就贴附到绒毛膜上,胚外体腔就消失。较少部分包绕在脐带的表面。

羊膜腔内的羊水主要来自羊膜上皮的分泌和母体血液的渗透,另外在妊娠后期还有胎儿分泌物和排泄物。羊膜上皮吸收和胎儿吞饮羊水而使羊水不断更新。足月时羊水的正常量为1000mL左右,高于2000mL为羊水过多,常见于消化管闭锁或中枢神经发育不良,如无脑畸形。低于500mL为羊水过少,常为胎儿无肾或尿道闭锁所致。羊水中含有来自胎儿的脱落上皮细胞,抽取羊水作细胞培养和核型分析,可预测胎儿的发育和某些遗传性疾病。

羊水的作用:①可使胎儿在液体环境中自由活动;②保护作用;羊水可缓冲外部的震荡,使胎儿免受外力的直接冲击;③防止胎儿和羊膜粘连;④分娩时扩张子宫颈,冲洗润滑产道,以利胎儿娩出。

3.卵黄囊(yolk kac)

随着胚体的形成,卵黄囊顶部的内胚层被卷入胚体内,形成原肠,其余部分形成卵黄蒂,与原肠相连。以后卵黄蒂逐渐缩窄、闭锁而消失,末端残留部分萎缩成一个小泡,保留于胎盘的脐带附近的羊膜深面。

鸟类的卵黄囊内含大量卵黄,为胚胎提供所需的养料,人卵黄囊内无卵黄而成为一个遗迹器官,但近来的观察发现,囊壁的细胞代谢活跃,可能将滋养层吸收的营养物质通过卵黄囊内液体运送到胚盘。此外,原始生殖细胞起源于囊壁的内胚层,造血干细胞起源于囊壁的胚外中胚层。

4.尿囊(allantois)

尿囊是从卵黄囊尾侧的内胚层突入体蒂内的一盲管。在鸟类尿囊具有呼吸和排泄作用,而在人类也是一个遗迹器官,但其壁上的血管却演变成脐血管,其根部参与膀胱的形成,远端闭合形成脐正中韧带,若不闭合则形成脐尿瘘。

5.脐带(umbilical lord)

胚体形成时,随着胚体的包卷和羊膜腔的扩大,体蒂及其中的尿囊、尿囊血管以及卵黄囊都被挤到腹侧,形成一圆柱形结构即为脐带。脐带表面为一层光滑的羊膜,内部为胶样结缔组织,其中含有两条脐动脉和一条脐静脉,以及闭锁的卵黄蒂和尿囊。脐带起于胎儿脐部,止于胎盘,到出生时长约55cm,直径约为1.5cm。脐带长度超过80cm为过长,可能会缠绕胎儿颈部或肢体,影响胎儿正常发育,甚至造成胎儿窒息死亡;脐带长度短于35cm叫脐带过短,可造成分娩时胎盘早剥。

(二)胎盘(placenta)

1.胎盘的形态

足月娩出的胎盘为圆盘状,边缘薄,中央厚,直径15—20cm,重500g。胎盘的表面覆盖着羊膜,胎儿面光滑,脐带一般附着于近中央处,透过羊膜可见脐血管呈放射状分布在绒毛膜上。胎盘的母体面粗糙,有不规则的浅沟将其分为15—30个微凸的小区,称胎盘小叶(cotyledon)。

2.胎盘的构造

胎盘由胎儿的丛密绒毛膜和母体的基蜕膜共同构成。丛密绒毛膜上有40—60个绒毛干,1—4个绒毛干构成一个胎盘小叶。绒毛干外面的合体滋养层将基蜕膜溶解成一些较大的空隙,称绒毛间隙;绒毛干末端的细胞滋养层增生,穿过合体滋养层直达基蜕膜,沿基蜕膜铺展形成一层细胞滋养层壳,将绒毛干固定在蜕膜上称固定绒毛。以后,从绒毛干上向四周发出许多游离的分支称游离绒毛。基蜕膜的血管开口于绒毛间隙,故绒毛间隙里充满母体血液,游离绒毛即浸泡在绒毛间隙的母体血液中。胎盘小叶间有基蜕膜高起构成的胎盘隔(placentalleptum),胎盘隔并不完全分隔绒毛间隙,故绒毛间隙互相通连(彩图2)。

早期胎盘的绒毛深面为细胞滋养层,表面是合体滋养层,中心为结缔组织,其中含有丰富的毛细血管、结缔组织和一种称为Hofbauer细胞的巨噬细胞。至第3个月以后,细胞滋养层逐渐退化,到第4个月时,只剩零散的细胞或细胞群。合体滋养层也逐渐变薄,有些部位局部增厚、细胞核密集称合胞体结,这是退化的表现。

3.胎盘的功能

(1)物质交换

胎盘内有母体和胎儿两套独立的血液循环体系。胎儿的血液经脐动脉进入胎盘,反复分支并形成绒毛内的毛细血管,汇成脐静脉回到胎儿体内。母体血由子宫螺旋动脉流入绒毛间隙,再经基蜕膜中的小静脉流回母体。二者的血液并不直接相通,但可进行物质交换。在胎盘内母体和胎儿物质交换所通过的结构,称胎盘膜(placentallembrane),或胎盘屏障(placental larrier)。

早期胎盘膜由四层构成:①绒毛内毛细血管的基膜和内皮;②绒毛内结缔组织;③细胞滋养层和基膜;④合体滋养层。第3个月以后,由于细胞滋养层的退化,绒毛内毛细血管增多贴近合体滋养层,胎盘膜就只有合体滋养层、毛细血管内皮和二者之间的共同基膜三层。母体血中的氧和营养物质经胎盘膜的扩散渗透等作用,进入绒毛内的毛细血管供应胎儿,胎儿的代谢产物透过胎盘膜排入母体。因此,胎盘既是呼吸和排泄的器官,又是胎儿的吸收营养器官。

(2)屏障作用

胎盘膜具有屏障作用,可阻挡母体血液中的大分子物质及细菌等进入胎儿血循环,以维持胎儿的正常发育。但某些病毒如风疹、麻疹、脑炎、流感等病毒很易透过,大部分药物也可通过胎盘膜,有些药物可导致胎儿畸形。IgG是唯一能通过胎盘膜的抗体,它对初生婴儿的抗感染起重要作用。

(3)内分泌作用

胎盘能分泌多种激素主要有绒毛膜促性腺激素、孕激素、雌激素、绒毛膜促乳腺生长激素。

绒毛膜促性腺激素(chorionicconadotropin):受精后第2周即可在孕妇尿中测出,至第8周达到高峰,然后逐渐下降。绒毛膜促性腺激素可激发黄体的继续存在,从而维持妊娠。临床上常用以诊断早期妊娠。

孕激素:于第4个月开始产生,黄体退化后,由胎盘的孕激素继续维持妊娠。

雌激素:与孕激素一起维持妊娠。

绒毛膜促乳腺生长激素(chorionic comatomammotropin):有促进母体乳腺生长的作用。

胎盘催乳素(human nlacental lactogen,HPL):促进母体乳腺生长发育、促进胎儿的代谢和生长发育。